[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

L=,Y1nO:p  
应用示例简述 ;n` $+g:>  
D-~G|8g  
1. 系统细节 2mSD"[%  
 光源 fPOEVmj<  
— 高斯光束 {:3.27jQ  
 组件 fMyE&#}z  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 }U(\~ =D  
 探测器 2q/nAQ+  
— 视觉感知的仿真 =p5?+3"@  
— 电磁场分布 .B6`OX&k  
 建模/设计 t18UDR{  
— 场追迹： fWd~-U0M^  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 ;FcExg|k  
8znj~7}#  
2. 系统说明 0n\^$WY  
Oq[i &  
'xQna+%h  
3. 模拟 & 设计结果 /z..5r^,ZZ  
L#`7FaM?  
4. 总结 9^(HXH_f  
v3?kFd7%H~  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 c%jsu"  
(LRNU)vD7$  
第1步 &3WkH W   
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。 s c5\( b  
 xQX<w\s  
第2步 *&(2`#C;  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Q^[e/U,  
p "/(>8  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 AS`2=w  
4=~ 9v  
应用示例详细内容 E!dz/.  
aMBL
1d7  
系统参数 Q@7l"8#[t  
qbEKp HnB  
1. 该应用实例的内容 p(~Y" H  
<%M\7NDWDA  
(D0C#<4P  
2. 设计&仿真任务 w'!ECm>*`  
u82h6s<'W  
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。 f3/SO+Me}  
-,FK{[h]ka  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 79

TPg  
}Q!h ov  
>g>f;\mD7$  
4. 参数：SLM像素阵列 y>>vGU;  
g8LT7  
/&*m1EN#o  
5. 参数：SLM像素阵列 rny@n^F  
VV?]U$  
7fap*  
应用示例详细内容 /_$~rW  
6e-#XCR{  
仿真&结果 <sgZ3*,A  
9BqQ^`bu  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM "}0)YRz%  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 7vii9Am7  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 F5<"ktnI  
"Q3PC!7X:5  
2. VirtualLab的SLM模块 NE$VeW+@  

=''mpIg(  
3
DxZ#/!  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 n^* >a  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 <I>%m,  
`%FIgE^  
3. SLM的光学功能 xIS\4]F?r  
Ix*BI9E  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 vh<]aiY  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 "V*kOb&'*Z  
 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。 ATKYjhc _  
4$0jz'  
(:_%kmu  
R2Twm!1  
jf$JaY  
 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。 C_;HaQiu  
&Pmc"9Rl  
di-O*ug  
b}ySZlmy  
P]!LN\[  
4. 对比：光栅的光学功能 BengRG[  
 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。 e#l*/G*,  
 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。 )m|X;eEo  
 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)。 xDPQG`6  
 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。 aDm-X r  
 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。 (Wm/$P;  
XX]5T`D  
M[:O(  
SRA|7g}7W  
c*y$bf<  
5. 有间隔SLM的光学功能 2x)0?N[$O  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 NWo7wVwc/c  
*23m-  
xT_fr,P  
p{A}p9sjx  
S[W9G)KWp  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 j[$B\H  
_Vdb?  
^>,<*p  
6. 减少计算工作量 .
nj?;).  
y)?W-5zL  
采样要求： Nw9-pQ  
 至少1个点的间隔(每边)。 |1dEs,z\  
 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
e t+
 
w5dIk]T  
采样要求： 09}f\/  
 同样，至少1个点的间隔。 R$!;J?SS  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 !.;xt L   
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 u^#4G7<  
Rxvd+8FF  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 ;kyL>mV{  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 `nd#< w>  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 s${T*)S@G  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ,xtKPA  
!1a|5 xrn  
eZN3H
"H  
jV,(P$ 5;  
Sy+]SeF&  
7. 指定区域填充因子的仿真 <B]i80.  
/%ODJ1M  
 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。 }#\;np  
 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。 \U)2 Tg  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ~uhyROO,G"  
 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)。 D&z'tf5  
RvyBg:Aj5  
J'G`=m"-'  
8. 总结 4pfix1F g  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 p:[`%<j0  
4! Oa4  
第1步 ;+r)j"W  
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。 )AnlFO+V  
Ac5o K  
第2步 wZ]BY;  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Oi kU$
~|  
扩展阅读 L#7)X5a__  
扩展阅读 F$6])F  
 开始视频 S1H47<)UF  
-    光路图介绍 eZR8<Z%