[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

owpWz6k7  
应用示例简述 4674SzL  
6M.;@t,Y  
1. 系统细节 -5l6&Y   
 光源 smY$-v)@  
— 高斯光束 "[p@tc?5  
 组件 7IlOG~DC  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 $4FX(O0Q@  
 探测器 j9+I0>#X  
— 视觉感知的仿真 FXdD4X)  
— 电磁场分布 V! |qYM.  
 建模/设计 ''OfS D_g  
— 场追迹：  Qe"pW\  
 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。 |WryBzZ>on  
DHC+C4  
2. 系统说明 \<0B1m  
X6+qpp  
UM*jKi2]"  
3. 模拟 & 设计结果 vR6Bn  
yqXH:757~  
4. 总结 sd#|3  
_/*U2.xS  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 3l<S}k@M)  
Z BUArIC  
第1步 $/1c= Y@  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 U_l'3oPJw  
;!< Znw  
第2步 D<i[LZd  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 u}bf-;R  
z\ss4  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 7r+g8+4  
X;F?:Iw\  
应用示例详细内容 tcr//  
`cQo0{xK  
系统参数 ^ta
BG3P  
*Oc.9 F88"  
1. 该应用实例的内容 ZR v"h/~  
D'l5Zd  
Z|9
u]xL  
2. 设计&仿真任务 f~OU*P>V@  
Ioy  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 wv QMnE8\  
Xd E`d.  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ik|-L8  
:4)Qt  
H2xeP%;$  
4. 参数：SLM像素阵列 $uui:wU%Q  
R`";Z$~{  
R:JX<Ba  
5. 参数：SLM像素阵列 "jecsqCgK0  
x6afI<dm  
%S` v!*2  
应用示例详细内容 "TV(H+1,z  
*{undZ?(>  
仿真&结果 o~FRF0f*VP  
@UBjq%z  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM bb42
v7?  
 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)。 UmnE@H"t$\  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 qQi.?<d2"s  
8By,#T".  
2. VirtualLab的SLM模块 2-zT$`
[]J  

/<CSVJ_r  
]W0EVf=,k  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 0c.s -  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 ~m1P_`T  
6ZgU"!|r  
3. SLM的光学功能 {u!)y?}I-  
1Kvx1p   
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 8;y&Pb~)  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 &|%6|
u9  
 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。 A`}yBSb  
p_ Fy>j  
IC{eE  
O9'x-A%  
6~#Ih)K  
 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。
;U: {/  
4ww]9J  
6OiSK@<Hk  
G a;.a  
vvB(r!  
4. 对比：光栅的光学功能 &bgvy'p  
 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。 ODc9r }
 
 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。 sC00un%  
 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)。 2M)]!lYy  
 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。 #U=X NU}k  
 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。 9p 4"r^  
H4OhIxK  
d_S*#/k  
~9F,%  
4>^K:/y  
5. 有间隔SLM的光学功能 'tN25$=V&W  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 M,j(=hRJ/E  
=5D nR  
&Gm$:T'~  
!$A37j6  
{Z;jhR,  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 #jpoHvth  
@ZN^1?][  
jUj<~:Q}3o  
6. 减少计算工作量 D3Jr3 %>  
GN#<yv$av  
采样要求： x\?;=@AW  
 至少1个点的间隔(每边)。 ej&<GM|  
 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。 L_Q#(in  
|vte=)%  
采样要求：
1\RGM<q$f  
 同样，至少1个点的间隔。 MyJ4><oG  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 rQ4*k'lA:  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 _u"nvgVz9  
It_M@  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 {)- .xG  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 g#NZ ,~  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 53QfTP  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 sGY_{CZ:  
%I!:ITa  
;E~4)^  
NRnRMY-  
rdJm{<  
7. 指定区域填充因子的仿真 =1h9rlFj"D  
 g]*  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 v]2S`ffP  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 oq-<ob  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 s/"&9F3  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 bLz*A-  
P ]N [y  
JXiZB 8}  
8. 总结 aYL|@R5;e  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Fhq9D{TeY,  
{vaaFs  
第1步 R8*Q$rH<  
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。 OYM@szM  
+c:3o*  
第2步 @Un/c:n  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 +&tgJ07A  
扩展阅读 n?#!VN3  
扩展阅读 (VyNvB  
 开始视频 puSLqouTM  
-    光路图介绍 :Ud[f`t