[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

9IjIIM2y  
应用示例简述 _K]_ @Ivh  
8&GBV_`I  
1. 系统细节 tr<Nm6!  
 光源 d' !]ZWe  
— 高斯光束 @$ne{2J3  
 组件 C'9Cr}cZ.  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 MqW7cjg  
 探测器 cz >V8  
— 视觉感知的仿真 2;k*@k-t  
— 电磁场分布 )#?"Gjf~  
 建模/设计 %Qmn-uZ  
— 场追迹： XW[j!`nlk  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 /5S30 |K  
h{%nC>m;  
2. 系统说明 <CS(c|7  
s3z$e+A8  
^X=ar
TE  
3. 模拟 & 设计结果 Vx$\hcG  
(ceNO4"cZ  
4. 总结 *w
|:~g  
Pr3qo4t.L  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 .!Oo|m`V@  
Z?6%;n^ 54  
第1步 U_Vs.M.p  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 !=pn77`g>  
*{YlN}vA  
第2步 rA3$3GLQ-  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 r)lEofX,g+  
! +a.Ei  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 )P%ZA)l%_o  
P0SQr?W  
应用示例详细内容 qz+dmef  
UxbjA- U[  
系统参数 (]Z_UTT  
xu>9(,l  
1. 该应用实例的内容 rx'RSo#1O  
jfP*"uUK  
Cl5uS%g  
2. 设计&仿真任务 a+[RS]le  
QCD.YFM  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 :WjpzgPuN  
Umz KY  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 cL-[ZvyVX  
%oF
}HF.  
~,d,#)VE2q  
4. 参数：SLM像素阵列 ?L5zC+c!  
3]OE}[R  
,MdV;j~"'  
5. 参数：SLM像素阵列 ."TxX.&HE  
0Be<X  
H~oail{EQ  
应用示例详细内容 aB*Bz]5;E  
Yab%/z2:  
仿真&结果
Qn^'  
P!~MZ+7#&  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Kh"?%ZIa  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 8/DS:uM  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 Vmc5IPd{\  
@+;$jRwq  
2. VirtualLab的SLM模块 efSM`!%j  

*w$W2I>b7  
#&cI3i  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 E_gD:PPU5  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 }xKP~h'F  
7wWFr  
3. SLM的光学功能 cO-7ke  

k=2Lo  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 sI43@[  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 *EI6dD"  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 pb^i^tA+A  
+[Dj5~V  
"lQ*1.i  
SD#]$v  
3sc+3-TF  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 gep;{G}
 
UT>s5C  
J2d.f}-  
&6DMk-  
]5BX:%  
4. 对比：光栅的光学功能 PxF<\pu&  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 %el"BSB  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。
U -Y03  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 r[1i*b$  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 ~a%Z;Aj  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 ( Wa  
k-Q%.o  
Q*~LCtrI  
!GOM5z,  
K )[]fm  
5. 有间隔SLM的光学功能 Cv }Qwy  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 t c[n&X  
@95FN)TXZY  
dG@"!!,  
XXbqQhf  
zs%Hb48V  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 rJFc({ 0  
KiRUvWqa  
MzPzqm<  
6. 减少计算工作量 +$X#q8j06  
Jm|+-F@I  
采样要求： } $uxJB  
 至少1个点的间隔(每边)。 }YjX3|8zL=  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 |nbf
'  
QF-LU  
采样要求： bB }
$'  
 同样，至少1个点的间隔。 wx\v:A  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 qud\K+  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 V<D.sd<  
I96Ci2)m  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 \|]Z8t7  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 4VHqBQ4  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 l_EM8pL,f  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 jAy^J(+  
C|d\3S\(  
6&DX] [G  
WJNl5^  
XQ%?  
7. 指定区域填充因子的仿真 3<k`+,'  
b8$gx:aJ>$  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 pAb.c  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 BYTnrPA&Z;  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 %uJ<M-@r=u  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 F^N82  
{~h*2n  
`Ja?fI'H-  
8. 总结 lY~4'8^  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4J;-Dq  
Dfps gY)/?  
第1步 cTD!B% x  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 aO@7O*  
#VB')^d<U  
第2步 ndjx|s)E  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 {K4+6p  
扩展阅读 L
KCb_9  
扩展阅读 ddfs8\  
 开始视频 k% sO 0  
-    光路图介绍 f;&]:2.j