[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

"uz}`G~O
 
应用示例简述 o+H;ZGT5H  
gZFtV  
1. 系统细节 Y+k)d^6r  
 光源 <V}^c/c
!  
— 高斯光束 9K>
$  
 组件 >l\?K8jL9  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 xJvM l`2;  
 探测器 !;YmLJk;hN  
— 视觉感知的仿真 * 7
ki$f!  
— 电磁场分布 A&
$oiLc  
 建模/设计 f2sv$#'  
— 场追迹： l>i<J1  
 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。 {jOCz1J  
/A U& X  
2. 系统说明 fNV
Nx~E  
>taC_f06  
Ol,Tw=?  
3. 模拟 & 设计结果 | %Dh  
l3sL!D1u  
4. 总结 ^<0azza/(  
Z;^U
Y\&X  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ; 7`y
##  
#1:&uC1vj  
第1步 'g8~uP  
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。  xZ*.@Pkr  
[jD.l;jF  
第2步 ?mK`W
leh?  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Zd/ACZ[  
3H0~?z_  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 O\64)V 0  
,8KD-"l^g  
应用示例详细内容 -Mb`I >=  
Mh04O@"  
系统参数 x"@Y[  
Wx;`=9  
1. 该应用实例的内容 ;:nO5VFOg  
N798("  
SBnwlM"AN  
2. 设计&仿真任务 RcUKe,  
e}u#:ysj  
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。 kI>Iq Q-h  
ncEOz1u  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 QU/Q5k  
yq{k:)  
b(lC7Xm  
4. 参数：SLM像素阵列 WXqrx*?*+  
L:HJ:  
P +U=/$o  
5. 参数：SLM像素阵列 qB`zyd8yu  
^^[MDjNy@  
>&K1+FSmyJ  
应用示例详细内容 bgW=.s  
4{Vw30DZ  
仿真&结果 n3, ?klK  
:NL.#!>/  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 6~Y-bn"%D5  
 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)。 9kcp(  
 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。 zG_e=  
t_@xzt10y  
2. VirtualLab的SLM模块 0*66m:C2  

p)d0
ZAs  
nwlo,[  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 >;S/$  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 K252l,;|  
6,j6,Q(67  
3. SLM的光学功能 %;UEyj  
`nA_WS  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 9QaEUy*,  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 bXoj/zek  
 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。 <r (Y:2  
}-H<wQ&x  
41y}n{4n8  
#/'5N|?  
o<f[K}t9  
 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。 _5I" %E;S  
JV|GEn\@N  
Ea@N:t?(8=  
Sr)rKc  
o/EA%q1  
4. 对比：光栅的光学功能 >#z*gCO5,  
 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。 wy5vn?T@  
 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。 IS0RhtGy/  
 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)。 uX*H2"A  
 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。 zR2'xE*  
 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。 1<_i7.{k  
riqvv1Nce  
RG=!,#X  
S/CT;M@W  
f/G YDat  
5. 有间隔SLM的光学功能 *9}2Bmojv  
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。 #z{9:o7[-  
*h Ph01  
HVzG }r(J  
<7TE[M'  
nfck3h  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 (9x8,f0z  
p{7"a  
aF4vNUe
G  
6. 减少计算工作量 HqXaT6#/  
ckRWVw   
采样要求： 6P;JF%{J  
 至少1个点的间隔(每边)。 :`6E{yfM  
 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。 e$|g  
l+S08IZ  
采样要求： ;Dg8>  
 同样，至少1个点的间隔。 $aT
ZC>R  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 (NUwkAOM}  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 v/6QE;BY&Q  
/)?]
vKMiI  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 TfK$tTkM  
 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。 1lu_<?O  
 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)。 M
H }4F  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 )}\T~#Q]y  
rJK3;d?E  
%^}3:0G  
D^P_3 B+  
PNg
j 8J4  
7. 指定区域填充因子的仿真 }ex2tkz  
Ro`Hm8o/  
 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。 )y-y-B=+T  
 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。 rz0~W6
 U  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 rwr>43S5<3  
 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)。 1cWUPVQ  
:N5R.@9  
8E1swH5z
 
8. 总结 U.UN=uv_  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 h_L-M}{OG  
+K2jYgy  
第1步 "Q;n-fqf  
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。 xS]=WO*  
[#V?]P\uV  
第2步 =rcqYPul0  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 G (Fi  
扩展阅读 *KSQ^.sYh  
扩展阅读 \gy39xoW(  
 开始视频 k8w }2Vw  
-    光路图介绍 he;;p="!*