[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

&&$*MHJ  
应用示例简述 9+*{3 t  
dCn9]cj/  
1. 系统细节 & +`g~6U  
 光源 Rmn|!C%%K  
— 高斯光束 zytW3sTZA  
 组件 ? Lxc1  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 /Cwwz  
 探测器 $27OrXQ|  
— 视觉感知的仿真 rgXX,+c
O  
— 电磁场分布 I3.JAoB>!  
 建模/设计 4#W$5_Ny  
— 场追迹： 4J'0k<5S  
 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。 ?2o+x D2  
^3vI
NF  
2. 系统说明 Jon3ywd1Y  
dL'oIBp  
9qi|)!!L  
3. 模拟 & 设计结果 gZ>&cju  
0;1O;JRw  
4. 总结 PY4">~6\i  
'Kmf6iK>[  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 KJ&I4CU]^  
mK7SEH;  
第1步 JI-.SR  
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。 Q+a&a]*KL^  
j?t
E#  
第2步
Tl"r#  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 -{A64gfFxT  
jN= !Q&^i[  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ErA*a3  
g|^U?|;p  
应用示例详细内容 3&[d.,/  
LD WYFOGQ  
系统参数 FN26f*/  
Zl#';~9W  
1. 该应用实例的内容 Ao\OU}  
~_CZ1  
j/wQ2"@a  
2. 设计&仿真任务 dJQwb
 
LkF
*$  
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。 [70 _uq  
{J)gS  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 rx#GrV*y  
P"Q6wdm  
F6DVq8f9  
4. 参数：SLM像素阵列 R%t6sbsNv  
#Wl9[W/4  
k'"R;^~xg  
5. 参数：SLM像素阵列 q
2Sc{E>[  
`} 'o2oZnG  
j~in%|^  
应用示例详细内容 ^8ilUu  
P 2x.rukT|  
仿真&结果 HD$r<bl  
`P|V&;}K  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM FgP{  
 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)。 gi_f8RP=2a  
 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。 =td(}3|D Y  
%gqu7}'  
2. VirtualLab的SLM模块 
(A_H[xP  

0LHge7482  
$ JCOL  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Lnh'y`q  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 <c(%xh46  
}vF=XA  
3. SLM的光学功能 \Z/0i|  
]K5j(1EN  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Hnvs{KC`  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Hb$wawy<  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 up?S (.*B  
a\MJh+K  
CfOhk  
!r*JGv=  
=p8iYtI  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 %yVP@M  
RBeQT=B8~  
lz#@_F|.*  
51s3hX$  
kkT=g^D9j  
4. 对比：光栅的光学功能 mFC9\   
 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。 Pf<BQ*n  
 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。 _>{"vY  
 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)。 &xFs0R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。 c<)O#i@3/  
 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。 %SMP)4Y/R  
ARB
^]  
eGrxS;NY  
<oTNo>U/k  
u&Xn#fh  
5. 有间隔SLM的光学功能 7I@@}A  
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。 2ZMVYa2%(  
!?{%9  
5[+E?4,&  
d6e]aO=g  
ueJ_F#y  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 sGbk4g  
"4QD\k5  
<;E>1*K}8  
6. 减少计算工作量  {0} Q5  
K./L'Me  
采样要求： S\118TpD  
 至少1个点的间隔(每边)。 lJ4&kF=t  
 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。 ;u?H#\J,  
0\Myhh~DLE  
采样要求： V7Mp<x%  
 同样，至少1个点的间隔。 \8-PCD  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 R%%h=]  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 l$!g#?w  
wArtg'=X  
 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。 }mQh^  
 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。 TSYe~)I  
 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)。 q;qY#wD@  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 X$$b:q  
G2_l}q~  
i<uk}  
JKYkS*.a}  
.:+&2#b  
7. 指定区域填充因子的仿真 lJXihr  
ew6\Z$1c~  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 F5EsaF'e4  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 2sqNTuO6,|  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 vZ2/>}!Z=  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 <-a6'g2y  
MF~Tr0tOC  
JlN<w  
8. 总结 b+ v!3|  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 y@Ga9bI7  
T,Zfz9{n  
第1步 
U6R~aRJ;  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 UZRCJ  
.UJjB}4$f  
第2步 srfM"Lb'  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 roG f &  
扩展阅读 0hx EI  
扩展阅读 <gc\,P<ru  
 开始视频 M%Dv-D
{  
-    光路图介绍 FrBJv<