[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

Cs2;z:O]  
应用示例简述 W\1i,ew>  
7+./zN  
1. 系统细节 Pxn,Qw*  
 光源 sLE#q+W  
— 高斯光束 'B+ ' (f  
 组件 Q{e\}wN  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 H>r!i4l  
 探测器 :akT 'q#  
— 视觉感知的仿真 0$r^C6}f  
— 电磁场分布 %;#^l+UB  
 建模/设计 kd"N29  
— 场追迹： "3FihE]k  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 TAjh"JJIV  
~>9_(L  
2. 系统说明 t6v/sZ{F  
KfF!{g f  
U%0Ty|$Y  
3. 模拟 & 设计结果 1+?^0%AC  
Bc3:}+l  
4. 总结 Y8flrM2CwG  
UMX@7a,[3  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0M\D[mg  
r1RGTEkD  
第1步 !3T&4t  
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。 mf'V)  
h gJ[LU|>  
第2步 f6$b s+oP  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <w3!!+oK"  
\"hJCP?,  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ;c$J=h]  
{v3P9s(  
应用示例详细内容 e%W$*f  
^*fQX1h<  
系统参数 Cu6%h>@K$  
4&l10fR5  
1. 该应用实例的内容 Q_l'o3  
/dnCwFXf  
}1IpON  
2. 设计&仿真任务 [9:9Ql_h  
+}jJ&Z9)  
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。 Ar~"R4!  
]l8^KX'  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 -W>'^1cR  
b86}% FM  
F2X0%te  
4. 参数：SLM像素阵列 Z0l+1iMx  
fFQ|T:vm  
#c2ymQm  
5. 参数：SLM像素阵列 sH\5/'?  
Dc)dE2  
*2jK#9"MP  
应用示例详细内容 w6j/ Dq!  
$MJm*6h  
仿真&结果 $ `7^+8vHV  
7g3>jh  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM /hO1QT}xd  
 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)。 GgKEP,O  
 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。 5ZBKRu  
2WG>, 4W2  
2. VirtualLab的SLM模块  W%\C_  

fDLG>rXPT  
5xL~`-IA&v  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 }NB}"%2  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 f
5`g  
g:EVhuK  
3. SLM的光学功能 cph:y  
-IV]U*4  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 7B?c{  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 %iw3oh&Fkm  
 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。 $
q 2D+_  
iTaWup  
M9f35 :  
ZK)%l~J  
c%qv9  
 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。 Rn@#d}  
"^Ybs'-  
A@Dw<.&_I  
4"Hye&O  
+]Y,
q w  
4. 对比：光栅的光学功能 yDGVrc'  
 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。 IH"6? 9nd  
 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。 nl9P, d  
 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)。 H$6`{lx,  
 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。 =Qn ;_+Ct  
 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。 $cZUM}@  
//aF5:Y#  
4 uQT5  
ZzX~&95G  
"]G\9b)  
5. 有间隔SLM的光学功能 ^4o;$u4R  
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。 dh $bfAb  
Z:_D0jG  
FJd]D[h  
^I+)o1%F  
}[xs~!2F  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 /:FOPPs  
BXyo  
QMZ)-ty"  
6. 减少计算工作量 *<!oHEwkN  
@62Mk},9 c  
采样要求： wKsT7c'  
 至少1个点的间隔(每边)。 5>TK^1 :  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 
=xS+5(  
Rx+p
.  
采样要求： t N2Md}@e  
 同样，至少1个点的间隔。 x|5k<CiA  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ivz{L-  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 &%/7E_j7  
b?'yAXk  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 p"U,G -_  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 mbueP.q[?  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 SZXY/~=h  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 )sT> i  
L~KM=[cn  
|.3DD"*  
&sd}ulEg`  
@i*|s~15  
7. 指定区域填充因子的仿真 /QJ?bD#a  
z+
>}RT]  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 \0gM o&  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 Alxx[l\<J  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 0MdDXG-7  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 ^) s2$A:L  
NW&b&o  
Ho *AAg  
8. 总结 h?azFA~  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 $81*^  
9,"L^W8"k  
第1步 aVd,xl  
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。 _:"<[ >9  

v@d  
第2步 NSDv;|f  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 _Wa.JUbv  
扩展阅读 `{xNXH]@  
扩展阅读 o+$7'+y1n-  
 开始视频 yYH0v7vx+  
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