[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

5.5<.")  
应用示例简述 FM;NA{  
v/*}M&vo  
1. 系统细节 (-Cxv`7  
 光源 ^MIF+/bQ  
— 高斯光束 e+6mbJ7y  
 组件 V 6I77z  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 w=:o//~6j  
 探测器 s!,m,l[P  
— 视觉感知的仿真 J9eOBom8e<  
— 电磁场分布 J!Er%QUR  
 建模/设计 1/+d@s#t  
— 场追迹： VK*Dm:G0  
 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。 \ne1Xu:hM  
vF@hg)A  
2. 系统说明 7f|8SB  
mS
LA4
[4{  
NIgqdEu1
 
3. 模拟 & 设计结果 8C]K36q  
h ` qlI1]  
4. 总结 'yxN1JF  
0DtewN{Z  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Zc9@G-  
<G|i!Pm  
第1步 _P
T5  
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。 9d&@;&al  
YBh|\  
第2步 ~_Q~AOFM  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 B@cC'F#G  
q9Zp8&<EqH  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 f~Y;ZvB  
A0hKzj  
应用示例详细内容 Ov8^6O  
<*JFY%y"  
系统参数 F+o4f3N  
/tm2b<G  
1. 该应用实例的内容 ')N[)&&Q{  
Kb
X&E0  
a-e_
q  
2. 设计&仿真任务 &!P'
M  
@)#EZQix  
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。 F m?j-'  
v[;R(pt?  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Hg&.U;n  
^'9.VVyz  
EfX\"y  
4. 参数：SLM像素阵列 U#V&=~-  
UQZl:DYa  
R [ZY;g:p  
5. 参数：SLM像素阵列 K|pg'VT"  
b?{MX
J|  
FKZ'6KM&A  
应用示例详细内容 e,kxg^  
XHU\;TF  
仿真&结果 ziDvDu=  
Ez8k.]q
u  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM clG@]<a`_  
 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,aCr  
 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。 [Dhqyjq  
u6nO\.TTtY  
2. VirtualLab的SLM模块 H )51J:4  

H*j!_>W  
cY5w,.Q/!  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 GO?hB4 9T  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 xi51,y+(5  
3 ,zW6-}  
3. SLM的光学功能 0iYo&q'n  
lZAXDxhnT  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 fB80&G9  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ]_BH"ng}  
 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。 ZDG~tCh=@  
Ul_5"3ze  
(xfh 9=.  
Zg$S% 1(Q  
V/3@iOwD  
 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。 MaPOmS8?  
-"NK"nb  
He,,bq  
F\, vIS  
^@3,/dH1 t  
4. 对比：光栅的光学功能 b'``0OB)  
 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。 I8a3:)  
 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。 $xT9e  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 TjDtNE  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 j7U&a}(  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 &wAVO_s  
Q 0G5<:wc  
2eHVl.C5  
"~=-Q#xO  
,z<1:
st]<  
5. 有间隔SLM的光学功能 3.@LAF  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 U sh
IQh  
-)Bvx>8fq-  
T/A2Y+@N;  
_p>F43%p  
r<'DS9m  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 r;xy/*%Mtj  
9
dw* ++  
c<,LE@V  
6. 减少计算工作量 d<+hQ\BF,  
N8pV[\f  
采样要求： }zks@7kf  
 至少1个点的间隔(每边)。 _Dd>e=v  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 Um}AV  
OLPY<ax  
采样要求： 7Q]c=i cg  
 同样，至少1个点的间隔。 5D.Sg;\  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 JO`r)_  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 gROK4'j6y  
e'>q( B  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 PWZd<  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 'da 'W
ZG  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 V*ao@;sD  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 #M{qMJHDo  
PxgJ7d  
[al$sCD]+  
{aNpk,n  
,,BP}f+l$  
7. 指定区域填充因子的仿真 l 9 wO x  
5L:-Xr{
 
 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。 ^ZO! (  
 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。 zPND$3&'  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Q&N#q53  
 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)。 RYA@{.O  
$:%E<j4Dn  
;xe.0j0h  
8. 总结 |dqHpogh  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 OtoM  
vjS=ZinN"  
第1步 ;<N:!$p  
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。 (bQ3:%nD  
ghWWJx9  
第2步 Qw:!Rw,x  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 >xabn*Kq  
扩展阅读 R?O)vLmd  
扩展阅读 pd#Sn+&rf  
 开始视频 i4,p
\rE0  
-    光路图介绍 y0sce