[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

l1`r%9gr  
应用示例简述 F?jD5M08t/  
Al@. KTK  
1. 系统细节 ~z]VDEJ{q  
 光源 yJ]Va $M  
— 高斯光束 _<F;&(o  
 组件 EbX!;z  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 {98e_z w  
 探测器 Sp?e!`|8  
— 视觉感知的仿真 j+3
rS  
— 电磁场分布 SO STtuT  
 建模/设计
 Pw +nO  
— 场追迹： 4{vEW(  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 -I6t ^$HA  
>!lpI5'Z&  
2. 系统说明 XpkOCo02  
~b X~_\  
f}*:wj  
3. 模拟 & 设计结果 Ndb7>"
W  
5a@9PX^.J  
4. 总结 M=&,+#z<V  
[dz3k@ >0  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <Uj9~yVN]  
FIVC~LDd  
第1步 x H=15JY1W  
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。 Fsx<Sa  
cPAR.h,b?  
第2步 }a
9G,@:k  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 P,3w b  
|Ox='.oIb  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 v[8+fd)}S  
/K1cP>oE  
应用示例详细内容 53a
^9  
q~W:W}z  
系统参数 UuF(n$B  
"dDrw ]P;  
1. 该应用实例的内容 ,p(&G_  
g3{UP]Z71  
O1t$]k:  
2. 设计&仿真任务 1(:!6PY  
mK"s*tD  
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。 s/C'f4  
gJrWewEe  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 @@{5]Y  
J>nBTY,_<  
,5ZQPICF  
4. 参数：SLM像素阵列 q-_!&kDK"  
NV9JMB{q  
BbCO K  
5. 参数：SLM像素阵列 #RU8yT  
E!mv}  
{]dtA&8(  
应用示例详细内容 PR$;*|@  
w=rD8@  
仿真&结果 rvd%z7
Z1o  
cgQ6b.  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM VHl1f7%@H  
 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)。 yrfV&C%=n  
 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。 2E!~RjxSY  
vxI9|i  
2. VirtualLab的SLM模块 ?7LvJ8  

|}UkVLc_^  
,R<9yEWm  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 nM b@  B  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 j4!O,.!T  
cY_ke  
3. SLM的光学功能 p:Lmf8EI  
Q1?*+]  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 .1{{E8Fj  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 +s"6[\H1d  
 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。 *tEqu%N1'  
\I523$a  
xLOQu.  
Tsa]SN14  
OVe0{} j  
 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。 ` K{k0_{  
<]LljTm`i  
5Q"w{ n  
CYW@Km{e  
@q/g%-WNz  
4. 对比：光栅的光学功能 l_+@Xpl  
 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。 M[YFyM(
 
 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。 Zg(Y$ h\  
 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)。 :Tg+)cZ  
 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。 0^-1d2Z~  
 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。 hb5K"9Y  
1I9v`eT4  
^}d]O(  
0d9z8y  
LEgP-sW  
5. 有间隔SLM的光学功能 '{,xQf*x  
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。 1jl!VU6  
PX 8UVA  
9RaO[j`  
|:=o\eu&  
ump~)?_B  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 c0@8KW[,  
FLqN3D=yQ  
$E\|\g  
6. 减少计算工作量 =^nb+}Nz(  
}~XWtWbd-  
采样要求： :o'XE|N  
 至少1个点的间隔(每边)。 Pd*[i7zhC  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 W_\zx<m  
i6`"e[aT[o  
采样要求： ~7
P)$[  
 同样，至少1个点的间隔。 @c3xUK  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 iQwQ5m!d &  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 S(Yd.Sp  
>gk_klLh  
 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。 }{o!  
 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。 [. 5m}V  
 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)。 /d8o*m'bu!  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 uepyH  
c3A\~tHW  
&],uD3:5O  
"s*-dZO  
]A#lV$  
7. 指定区域填充因子的仿真 FK|O^->B  
rl*O-S/  
 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。 Mqf Ns<2  
 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。 *eVq(R9?T  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ~4S$+*'8  
 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)。 C|
(A/b  
Y?VbgOM)  
ie}OZM  
8. 总结
^u
/%z
L  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <AHpk5Sn{  
0J)s2&H  
第1步 :$5A3i  
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。 GP|=4T}Bf  
5jdZC(q5a  
第2步 JE?p'77C  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <#63tN9  
扩展阅读 `+JFvn!  
扩展阅读 Q M,
!-~t  
 开始视频 G1"iu89d  
-    光路图介绍 ^S9y7b^;r