[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

,$i2vGd  
应用示例简述 sw<mmayN  
Gk<M@d^hQ  
1. 系统细节 Y?ADM(j  
 光源 x*
]&Ca0+  
— 高斯光束 5Lmhip  
 组件 [1+ o  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 vL>cYbJ<  
 探测器 $AGW8"  
— 视觉感知的仿真 ?T]` X
 
— 电磁场分布 8|Wu8z--  
 建模/设计 Lp!4X1/|\  
— 场追迹： uY{zZ4iw  
 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。 lD`@{A  
s(~tL-_ K  
2. 系统说明 W6~aL\[  
DRp h?V\  
M]FA y"E  
3. 模拟 & 设计结果 L="ipM:Z  
#b u]@/  
4. 总结 D8Ntzsr6  
DdUT"%  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 9T`$gAI  
GyirE`  
第1步 N*J!<vY"  
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。 MR=dQc  
@1+gY4g  
第2步 mEL<d,XhI  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 .A(QqL>  
C)x>/Qr~  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 $&fP%p  
7D5[ L  
应用示例详细内容 g
u~JB  
*d~).z)  
系统参数 i5PZ)&  
QcW6o,  
1. 该应用实例的内容 w
Sy|h*a,  
p(B
^](?  
@ Sq =q=S  
2. 设计&仿真任务 Hnq$d6F  
35q4](o9"  
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。 V-1H(wRu  
Z<P
?P`  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ":qhO0  

Zqo  
B//2R)HS  
4. 参数：SLM像素阵列 A7`+XqG  
g1!ek  
!6`pq  
5. 参数：SLM像素阵列 JWh5gOXd  
Gy]ZYo(  
k},@2#W]  
应用示例详细内容 [:hTwBRF  
Ihn#GzM?u  
仿真&结果 "c9T4=]&t  
}s@ i  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM **,(>4j  
 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)。 8I>'xf  
 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。 rtjUHhF  
B;vpG?s{9  
2. VirtualLab的SLM模块 S9 p*rk~  

K/flg|uZ/V  
=qJlSb  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 iQT$#"m n  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 Ii.0Bul  
Eo) #t{{  
3. SLM的光学功能 ZwFVtR  
sahXPl%;U  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 gN/kNck  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 kd=|Iip;(  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 vkjHh.  
%&iY5A  
Md*~hb8J  
)yTBtYw3  
.:~{+ <*`  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 6f'THU$  
ZRy'lW  
TOH+JL8L  
t/vw%|AS  
2ophh/]  
4. 对比：光栅的光学功能 WV8vDv1jt  
 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。 n>XfXt =  
 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。 .T\jEH8E  
 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)。 J$D/-*/@  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 Y& p ~8  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 "9v4'"  
z+5%.^Re  
F*4zC@;  
p Lwtm@  
}8LTYn  
5. 有间隔SLM的光学功能 ;CtTdr  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 <*3#nA-O>i  
Hp(wR'(g&  
7L4~yazmK  
/D>G4PP<  
'89nyx&W  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 V|hr9  
S\S31pYT  
dcH@$D@~S  
6. 减少计算工作量 4(%LG)a4S  
T1U8ZEK<iu  
采样要求： ([ODmZHv  
 至少1个点的间隔(每边)。 [Te"|K':  
 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。 PLueH/gC.  
^//`Dz  
采样要求： O$(#gB'B  
 同样，至少1个点的间隔。 K9tr Iy$v  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 WzqYBa  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 8D&yFal  
pmuT7*<19  
 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。 w!r
w%  
 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。 .L8g(F(=:  
 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)。 7m.>2U  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 L(q~
%  
|0nt u+  
Xk9 8%gv  
zF@/8#  
/_!Ed]  
7. 指定区域填充因子的仿真 ^0g!,L  
2rWPqG4e  
 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。 NI85|*h  
 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。 ]-{A"tJ  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 D}OhmOu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)。 >9Z7l63+}  
2v`Q;%7O  
fn, YH  
8. 总结 eZ|_wB'r  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 i'3)5  
<AN5>:k[pM  
第1步 ^ pNA_s!S  
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。 -u^f;4|u  
^IqD^(Kb  
第2步 $QnsP#ePN  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 YM&i  
扩展阅读 <N8z<o4rku  
扩展阅读 .s%dP.P:i1  
 开始视频 Gx;-1  
-    光路图介绍 srryVq
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