[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

^sLdAC  
应用示例简述 QX'qyojxN  
(V67`Z )  
1. 系统细节 sN01rtB(UT  
 光源 *mvlb (' &  
— 高斯光束 x)O!["'"  
 组件 <1${1A <Wa  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 |imM#wF  
 探测器 z/@slT  
— 视觉感知的仿真 6fEqqUeV  
— 电磁场分布 1ztG;\  
 建模/设计 >V8-i`  
— 场追迹： u^8{Z;mm  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 =R$u[~Xl2X  
)W _v:?A9  
2. 系统说明 Iom'Y@x  
CU2*z(]&  
w-L=LWL\  
3. 模拟 & 设计结果 EaY?aAuS:  
<FkFs{(t  
4. 总结 XrGglBIV  
8\A#CQ5b  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 `Cynj+PCe  
B!L{  
第1步 !Pfr,a  
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。 q Y?j#fzi  
Pw`8Wj  
第2步 w;:*P  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 IDriGZZ<)6  
E,x+JeKV  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 h(u8&MHx  
.:%0E`E  
应用示例详细内容 +.b,AqJ/  
g(7rTyp4)  
系统参数 1FL~ndJs  
2E)-M9ds  
1. 该应用实例的内容 x,pjpx  
Q1I6$8:7  
:vQrOn18p  
2. 设计&仿真任务 nRZ]z( b  
qvKG-|j  
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。 CXx*_@}MU  
SBk4_J/_  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 k1Y?  
.glA gt  
)e=D(qd  
4. 参数：SLM像素阵列 NgGp  
Q%f^)HZGR  
'9Xu p  
5. 参数：SLM像素阵列 pG^  
vDhh>x(  
e>7>j@(K]  
应用示例详细内容 qUW! G&R  
}9#r0Vja  
仿真&结果 !v_|zoCEj  
oC: {aK6\  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM g-</ua(j  
 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)。 IT7
wT+  
 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。 U!?_W=?  
iDz++VN
V  
2. VirtualLab的SLM模块 %XoiVl
T@:  

{ VfXsI  
H.|#c^I  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 U}e!Wjrc  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 mCsMqDH  
+-U- D?-  
3. SLM的光学功能 RYQR(v  
M2>Vj/  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 =9boya,>  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 TA`1U;c{n  
 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。 *ebSq)  
c%2QZC  
;
!mzyb*  
F^t DL:  
[P=Jw:E  
 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。 vrhT<+q  
gx8ouOh  
*yt=_Q  
rq/yD,I,  
:bu/^mW[  
4. 对比：光栅的光学功能 7{)G_?Q&  
 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。 2G67NC?+  
 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。 %S@ZXf~:  
 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)。 RK'\C\gMDu  
 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。 'EEJU/"u  
 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。 0d"[l@UU0  
nwB_8mN|  
4n!aW?%  
4$iz4U:P  
LqoB 10Kc\  
5. 有间隔SLM的光学功能 F3v!AvA|  
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。 B:;pvW]  
U0 Yll4E  
b9KP(
_  
3s,g*  
xd q?/^E  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 +j`5F3@  
av}k)ZT_  
@;zl  
6. 减少计算工作量 QuF:p  
\}u Y'F  
采样要求： dUeN*Nq&(,  
 至少1个点的间隔(每边)。 <ktrPlNuM  
 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。 B4c]}r+  
N=T<_`$5  
采样要求： JIEK*ui  
 同样，至少1个点的间隔。 =r?hgGWe  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ??
-[eB.  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ld|5TN1  
G\/zkrxmv  
 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]J{{M'E  
 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。 F'={q{2wH  
 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)。 V%7WUq  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Gv!2f  
]^. _z  
=1FRFZI!j  
I+%[d^,  
7Utn\l  
7. 指定区域填充因子的仿真 UAkT*'cB  
7{e 4c  
 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。 [i21FX  
 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。 MnsJEvn/  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 fa jGZyd0:  
 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)。 {k>&?Vd!   
I*:%ni2  

aD<A.Lhy  
8. 总结 |sJ[0z  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 :)-Sk$  
e
r("wtM  
第1步 d\&U*=  
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。 GvtG(u~  
YFLZ%(  
第2步 dc+>m,3$  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ;V:i!u u  
扩展阅读 (R[[Z,>w.  
扩展阅读 c?(4t67|  
 开始视频 ^H p; .f.  
-    光路图介绍 : Xda1S