[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

S @EkrC\4n  
应用示例简述 *TjolE~o  
1b6ox6  
1. 系统细节 5g{L -8XwI  
 光源 UP@a ?w  
— 高斯光束 q66+x)  
 组件 YEEgDw]BQ  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 _Gpq=(q
)  
 探测器 Pmj]"7Vd[  
— 视觉感知的仿真 Y
[A`r0  
— 电磁场分布 GYx_9"J\
5  
 建模/设计 (ei;Y~i  
— 场追迹： 2^Tj@P7  
 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。 2 us-s  
cR0RJ$[d  
2. 系统说明 QFI8|i@  
{L!w/IeX  
WhO;4-q)2  
3. 模拟 & 设计结果 N}Ol`@@#h  
'wo[iNy[  
4. 总结 }HM8VAH  
T:$zNX<f  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 e$k]z HlQ  
_.xT :b36  
第1步 kKFSCl/g  
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。 hSgfp  
Su<Ggv"  
第2步 Wdt9k.hzN  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 }`oe<|  
y\'t{>U/  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 x*H4o{o0  
O7#ECUH  
应用示例详细内容 hcw
)qB,s  
05(lh<C  
系统参数 G`9\v
=0  
kIAWI;H{  
1. 该应用实例的内容 Lm kv.XF  
`<Z5/;a5W  
Bi"7FF(z  
2. 设计&仿真任务 +\FTR  
`.z;.&x  
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。 yZ[H&>  
ti:qOSIDTA  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 wVvk{tS  
(C#9/WO?  
^h+<Q%'a'  
4. 参数：SLM像素阵列 |-N\?N9"  
1 l'Wb2g>A  
})OgsBk  
5. 参数：SLM像素阵列 3K2`1+kBVG  
Y{X79Rd  
NymS8hxR  
应用示例详细内容 [>P@3t(/  
AL/q6PWi  
仿真&结果 'CT8vt;  
=,0E]MZ  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM >9{Gdq[gyr  
 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)。 qp*C%U  
 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。 8LP L4l  
fX).A`  
2. VirtualLab的SLM模块 %eCbH`  

':8yp|A|  
Cf`s:A5<J  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 5qkG~YO-  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 }EmNSs`$r  
UY*3b<F}  
3. SLM的光学功能 ^)&d7cSc  
_tZT  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 kP9DCDO`[5  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 5V&3m@d0aq  
 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。 "?|sC{'C4j  
vn@9Sqk  
V`Z-m-V~1  
[*U6L<JI  
MtC\kTW  
 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。 Bk&ry)`gD  
Z@fMU2e=Z  
K_ P08  
rvZXK<@#+  
[psW+3{bG  
4. 对比：光栅的光学功能 (J8(_MF  
 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。 ec/1Z8}p  
 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。 !6:kJL}U  
 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)。 T+7O+X#  
 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。 =Jfo=`da  
 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。 Fyy)665x/  
)(`I1"1  
y@"6Dt|  
VSa\X~  
VdpwZ  
5. 有间隔SLM的光学功能 6p%;:mDB  
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。 [V_Z9-f*  
'`Eb].s*  
lAU`7uE  
jovI8Dw >  
2Z 4Ekq0@  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Su99A.w  
xMNUyB{?  
[+EmV>Y
 
6. 减少计算工作量 '{+5+ J  
$s-/![ 6  
采样要求： c8!q_H~  
 至少1个点的间隔(每边)。 zil^^wT0J  
 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。 v< qN-zG  
e E:J  
采样要求： nen(  
 同样，至少1个点的间隔。 v7x%V%K  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。  ,83%18b  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 UfcQFT{()  
f& P'Kxj_  
 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。 YCr:nYm<f  
 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。 (D5 d
N\  
 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)。 H&`0I$8m  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 qyzmjV6J2  
+VxzWNs*JP  
yO\.dp  
ayR=GqZ1  
-?L~\WJAL  
7. 指定区域填充因子的仿真 Lky<L96  
8i:E$7etH  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 w1tWyKq  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 UXpF$=  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 wq$+m(  
 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)。 XS+2OutVo  
a=n*}.  
,*_=w^;Rr  
8. 总结 /dGpac  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 3%gn:.9N  
GH ]c  
第1步 r6_g/7.-  
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。 FI|jsO 3  
PM]|S`  
第2步 )Iu0MN&  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 &c[.&L,w4  
扩展阅读 h=:Ls]ZU  
扩展阅读 JmlMfMpXMs  
 开始视频 r"HQ>Wn  
-    光路图介绍 WBc,/lgZ