[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

Z90]I<a~  
应用示例简述 s-JS[  
U*7x81v?j  
1. 系统细节 -qdt$jIM  
 光源 cng166}1A  
— 高斯光束 Ny
l)B7/w  
 组件 K aNO&%qX  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 8Cw3b\ne  
 探测器 w7b\?]}@  
— 视觉感知的仿真 CRPE:7,D  
— 电磁场分布 WGHf?G/s  
 建模/设计 _[$,WuG1  
— 场追迹： kxt/I<cs  
 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。 YpEH(tq  
~
;ObT=  
2. 系统说明 Ar'k6NX  
:r9<wbr)k0  
*g[MGyF"  
3. 模拟 & 设计结果 zQaD&2 q  

S9dXkd  
4. 总结 t:*1*;  
>Et~h65d5  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 w/csLi.O  
~{-9qOGw;  
第1步 +P%k@w#<Z  
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。 #|=Q5"wU  
[
G' +s  
第2步 rG3?Z^&R+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ew<_2Xy"<  
iAZbh"I  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 r*9*xZ>8u  
Ty}Y/jW  
应用示例详细内容 yf/i)  
@W-0ybv  
系统参数 ZP'0=  
WaSZw0U}y  
1. 该应用实例的内容 8&yI1XM|  
}VeE4-p B  
WV}HN  
2. 设计&仿真任务 LZ RP}|  
Z?u}?-b1\H  
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。 a9NIK/9  
K #}t
\  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 m"!Q5[  
kLc@U~M  
Ko0?c.l  
4. 参数：SLM像素阵列 1)!2D?w  
g)7@EU2  
!6,rN_a@Y  
5. 参数：SLM像素阵列 D>0(*O  
[9G=x[  
s"R5'W\U  
应用示例详细内容 -F_cBu81V  
}{)Rnb@ >  
仿真&结果 <<R2 X1  
rE]Nr ;Ys  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM !*S,S{T8  
 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)。 $gZiW8  
 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。 FmSE]et  
 \>||  
2. VirtualLab的SLM模块 y?U@F/^}N  

Vh>|F}%E  
@WNqD*)1  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 n|Ts:>`V  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 r+k&W  
'2 Y8  
3. SLM的光学功能 ) ]DqK<-  
TbLU[(m-n  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 _D$1CaAYo  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 e?FQ6?  
 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。 9WI5\`*"  
hu.p;A3p;  
a~?B/ g&_  
p=3t!3  
R+z'6&/ =I  
 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。 i[I&m]N  
Mdq|:^px  
#<X4RJ  
#%w+PL:*O  
)O5@R  
4. 对比：光栅的光学功能 rT\~VJ>+i  
 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。 <v/aquLN  
 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。 $41<ldJ  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 (:F]@vT  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 MV2$
0  
 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。 h?v8b+:0  
oUO3,2bn  
w}#3 pU<<  
{~w(pAx  
m(o`;  
5. 有间隔SLM的光学功能 ![$`Ivro`  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 %8wBZ~1-  
`\|t
Xl.  
BMI`YGjY1  
v 2p  
WrcmC$ff  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ^$}O?y7O  
bI|{TKKN&P  
'J3yJ{  
6. 减少计算工作量 4_ypFuS^  
P{9wJ<  
采样要求： ^/$dSXKF  
 至少1个点的间隔(每边)。 ?iV}U  
 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。 R)ZzRz|/  
~(-1mB,  
采样要求： x;`Gn_  
 同样，至少1个点的间隔。 e$_gOwB  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 _KKux3a  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 wN10Drc   
}h1LH4  
 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。 q,<l3rIn  
 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。 [s`B0V`04  
 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)。 6"Lyv  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 mtkZF{3Jx  
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\!30t1EZ  
G6qZ>-GiL  
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7. 指定区域填充因子的仿真 1LSJy*yY  
jnbR}a=fJ  
 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。  B9y5NX  
 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。 XR9kxTuk  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 !/tV}.*  
 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)。 qoH:_o8ClO  
9M'"q7Kh  
{D^ )%{  
8. 总结 GM9[ 0+u;  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 rp dv{CUp7  
b;d7mh4  
第1步 \)wVO*9*0  
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。 jD"nEp-  
;di.U,  
第2步 F):kF_ho  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Gey-8  
扩展阅读 H.]V-|U  
扩展阅读 BeQ'\#q,  
 开始视频 ~Q Q1
ZP3  
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