[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

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d7o/8u  
应用示例简述 BjV;/<bt  
->`R[k  
1. 系统细节 \ k &ZA  
 光源 T0"q,lrdxV  
— 高斯光束 U?A3>
 
 组件 ]. 0;;v6)  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ^c?$$Tq  
 探测器 O:jaA3  
— 视觉感知的仿真 epG!V#I  
— 电磁场分布 d/lV+yZ  
 建模/设计 >;+q,U}  
— 场追迹： S3gd'Bahq  
 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。 PE<(eIr  
`c?8i  
2. 系统说明 X1o=rT  
S=qx,<J 39  
Ti$_V_  
3. 模拟 & 设计结果 x,UP7=6  
kerBy
\^  
4. 总结 %a|m[6+O  
Ue(\-b\)  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 S3ZIC\2  
G3j'A{  
第1步 ='Yg^:n  
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。 FY"csZ  
.x][ _I>  
第2步 qz8Jvgu?  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Ao$|`Lgj=z  
Lc_cB`  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 1"~$(@oxG  
o ^""=Z  
应用示例详细内容 0gH;y+\=*  
DeTLh($\  
系统参数 ahg]OWn#  
*H~&hs>k  
1. 该应用实例的内容 3]h*6V1
$  
o_n 3.O=  
GuKiNYI_  
2. 设计&仿真任务 b{}ao  
3o`c`;H%p  
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。 @.} @K  
3ICMH  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ="de+S8W  
W|\$}@>  
UeU`U  
4. 参数：SLM像素阵列 "mc ]^O  
lsKQZ@LN`  
remRmY?  
5. 参数：SLM像素阵列 =)nJ'}x  
yZc#@R[0  
,&G!9}EC  
应用示例详细内容 i0rh{Ko  
<KFl4A~  
仿真&结果 E<\\/Q%w  
))4RgS$  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM U&0 RQ:B  
 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)。 '3fN2[(  
 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。 UdcrX`^.  
]nq/yAF%  
2. VirtualLab的SLM模块 k(M(]y_  

SE6c3  
qK]Om6 a~  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 HNd? '  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 GQDW}b8  
qO[_8's8  
3. SLM的光学功能 u,./,:O%=  
5em*9Ko  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 MzE1he1  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 BH0s` K"  
 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。 5 Q/yPQN  
2yV^'o)  
F
T\%=>{  
]Rj?OSok  
+#9 4X)*  
 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。 J@+b_e*  
S=G2%u!;  
p
j Md  
CI=M0  
pd-I^Q3-  
4. 对比：光栅的光学功能 ef2)k4)"  
 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。 (Ta(Y=!uq  
 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。 W0<2*7s  
 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)。 {RI)I  
 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。 Ho1V)T
>  
 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。 9ePom'1f1  
>65\  
OO\$'% y`  
N
v6=[_D  
Z29aRi  
5. 有间隔SLM的光学功能 Q9i[?=F:z  
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=oGyA  
\-
8aTF  
s7,D}Zz  
OoQLR  
51xf.iB  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 73JrK_h  
QW_BT^d"  
a\}` f=T  
6. 减少计算工作量 klnk{R.>|  
V3ExS1fNf  
采样要求： vsJDVJ +=  
 至少1个点的间隔(每边)。 odn3*{c{x  
 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 J'h  
a%5/Oc[[  
采样要求： e m  
 同样，至少1个点的间隔。 }i J$&CJ  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 `pF7B6[B  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 G&08Qb ,N  
vU$n*M1`$  
 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。 Mbn;~tY>  
 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。 BZ(I]:oDL  
 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)。 k 7:Z\RGy  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 N_/+B]r }T  
NryOdt tI  
%M:$ML6b<  
wo;OkJKF  
u:^sEk"Lk'  
7. 指定区域填充因子的仿真 *K BaKS  
}}Z2@}  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 RFX{]bQp9  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 /EuH2cy$l  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 )S;3WnQ)  
 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)。 Cj$:TWYIh[  
i!gS]?*DH  
Jt0U`
_  
8. 总结 '8[; m_S  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 iB`EJftI!  
v7\rW{~Jd&  
第1步
BGHZL~  
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。 ]LEaoOecu  
_3.rPS,s  
第2步 xsiJI1/68  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 }9
&dY!h +  
扩展阅读 )sNPWn8<Uy  
扩展阅读 I?^(j;QpS  
 开始视频 ci/qm\JI<<  
-    光路图介绍 wJ7^)tTRF