[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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应用示例简述 )[Tm[o?Y.  
Y\]ZIvTSb  
1. 系统细节 2<EV iP9  
 光源 [gmov)\c  
— 高斯光束 %Rc#/y  
 组件 F}_b7|^  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 o8g7wM]M  
 探测器 \Ggh 95y  
— 视觉感知的仿真 j 2ag b  
— 电磁场分布 OX7=g$S 1  
 建模/设计 I@cw=_EQL  
— 场追迹： el9P@r0  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 w.?4}'DK  
} {1IB  
2. 系统说明 = j1Jl^[  
og}Ri!^  
gXdMGO>  
3. 模拟 & 设计结果 Tz @=N]D  
"]S  
4. 总结 @|b-X? `  
W@T\i2r$z  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Jl~ *@0(  
5qz,FKx5  
第1步 xnZnbgO+  
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。 *:n~j9V-  
[Yt{h9  
第2步 >O-KJZ'GV  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 z\]Z/Bz:6  
|4df)  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 [:y:_ECs6  
#f2Ot<#-  
应用示例详细内容 !O_G%+>5W  
Ul}RT xJ
 
系统参数 }=-0DSLVj  
o}rG:rhIh  
1. 该应用实例的内容 EQm{qc;  
` 2W^Ui,4  
>w S'z]T9  
2. 设计&仿真任务 W8d-4')|  
eY<<Hld  
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。 (7Z+De?  
!D??Y^6bI  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ukiWNF/  
xb;{<~`71  
I1<WHq  
4. 参数：SLM像素阵列 RA0;f'"`  
bk0>f   
?M4o>T%p"  
5. 参数：SLM像素阵列 *[[Gu^t^!  
[neuwdN  
m;@q('O  
应用示例详细内容 @2>UR9j  
N'`X:7fN  
仿真&结果 v;]rFc#Px[  
2%%\jlT_  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 47q> q  
 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)。 V 0Bl6  
 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。 I"Zp^j  
? :H+j6+f  
2. VirtualLab的SLM模块 eAy,T<#  

r: K1PO  
I C  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 gm9*z.S\'  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 Uy?jVPL  
meX2Y;  
3. SLM的光学功能 .#( vx;  
y]h0c<NP  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ]m+%y+  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Aw#<:6-  
 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。 m}"Hm(,6  
;R?@ D]  
h(
|T.  
?NMk|+  
T fLqxioqZ  
 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。 4XpWDfa.}  
2"ax*MQH<^  
<],{at` v  
cH5i420;aO  
I6.rN\%b  
4. 对比：光栅的光学功能 N>I6f  
 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。 `zQuhD 8W  
 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。 _p )NZ7yC  
 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)。 HI8mNX3 "j  
 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。 .6wPpLG?{  
 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。 [^hW>O=@TN  
!5ps,+o  
z!}E2j_9P  
dFz"wvu` o  
z CLaHx!  
5. 有间隔SLM的光学功能 *'Yy@T8M  
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。 p2STy\CS  
8V:;HY#  
F-m%d@P&X  
C~En0G1  
P $`1}  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Q|_F P:  
{$frR "K  
tMl y*E  
6. 减少计算工作量 Vl_6nY;  
:>&q?xvA  
采样要求： u BEwYQB  
 至少1个点的间隔(每边)。 CNNqS^ct  
 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。 lod+]*MD  
63fYX"  
采样要求： gVG^R02#<k  
 同样，至少1个点的间隔。 Z)rW>I  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 m\>gOTpA4  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Sz0PZtJ  
qTuR[(  
 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。 i~u4v3r=  
 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。 :;%Jm  
 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)。 ^Om}9rXw1  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Zl>SeTjB-  
K6v~!iiK$  
_U~R  
H{}&|;0  
Z=Y29V8  
7. 指定区域填充因子的仿真 t&U9Z
$LS  
3fOOT7!FL  
 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。 5:@b
NNX'j  
 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。 | Y:`>2ev  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 kz=ho~ @  
 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)。 PD&e6;rj;  
+5y^c|L0  
o0r&w;!  
8. 总结 A]bb*a1  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 vj?{={Y  
fJ}e  
第1步 u&~Xgq5[  
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。 {~apY,3  
Z %pc"  
第2步 v47' dC  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 xw*e`9vAe  
扩展阅读 @<W

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扩展阅读 8
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 开始视频 uda++^y:  
-    光路图介绍 pm O9mWq