[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

w&%9IJ  
应用示例简述 oz LH]*  
E Zi&]  
1. 系统细节 l
r,q{;  
 光源 I?B,sl_w  
— 高斯光束 @Tm`d ?^  
 组件 _6ZzuVv3/  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 jgG$'|s}  
 探测器 E>E*ZZuhj  
— 视觉感知的仿真 x>v-m*4Z4@  
— 电磁场分布 1B 5:s,Oyj  
 建模/设计 !$_~x 8K1-  
— 场追迹： vDsF-
u1  
 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。 ioxb
f6{  
OVZP x%a  
2. 系统说明 S<"oUdkz
 
k)cP! %
z  
=-w;zx  
3. 模拟 & 设计结果 m^<p8KZ  
>%u@R3PH]  
4. 总结 h h"h j  
9YD\~v;x  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ow/U   
8f|98T"  
第1步 'S*k_vuN  
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。 A{N\)  
V7EQ4Om:It  
第2步 y
I&9\fn  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 \w%@?Qik  
,beS0U]  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 &kzj?xK=(j  
(!3;X"l  
应用示例详细内容 A|L'ih/  
#Y2i*:<  
系统参数 9gy(IRGq/  
s3:9$.tiR[  
1. 该应用实例的内容 7CGyC[[T~  
0mTr-`s  
RO.U(T  
2. 设计&仿真任务 E8ta|D  
Ab2Q \+,  
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。 ^`XCT  
(5a1P;_Y  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 >&Y-u%}U  
nls   
?T!)X)A#  
4. 参数：SLM像素阵列 cG{L jt  
^nNitF  
6@V~0DG  
5. 参数：SLM像素阵列
PX2c[CDE^  
uOd&XW  
qtMD CXZ^n  
应用示例详细内容 [%pRfjM  
mV)+qXC  
仿真&结果 UE.4qY_7  
sILSey5`  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM __Nv0Ru  
 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)。 w!&~??&=}  
 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。 Z6Fp\aI8@  
A&"%
os  
2. VirtualLab的SLM模块 vUesV%9hq  

~b)74M/  
Mxl]"?z  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 =5x&
8
i  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 b~w=v_[(I  
WQ6"0*er  
3. SLM的光学功能 !h`kX[:  
z~{&}Em ~  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 'e!J06  
 为此，将区域填充因子设置为60%。
g[[;w*;z  
 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。 )Xtnk  
A/}W&bnluD  
!.TLW  
5Qh?>n>*  
. (}1%22  
 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。 }4//@J?:  
rsXq- Pq*  
bZ1 78>J]  
OLC{iD#  
)B$;Vs]@i  
4. 对比：光栅的光学功能 3W_PE+:Kr  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 Qf$|_&|  
 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。 &--ej|n  
 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)。 .6f%?oo  
 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。 Y>+y(ck  
 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。 jMNU ?m:  
DA&?e~L&H  
F4L;BjnJ  
p< "3&HA  
JW.=T)  
5. 有间隔SLM的光学功能 pmWr]G3,*  
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。 OTDg5:>  
^Yj xeNY  
fw6UhG  
\>QF(J [8  
Xx:F)A8O  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Y!J>U  
~{,X3-S_H  
jhbonuV_  
6. 减少计算工作量 kn"(mJe$  
mZz=
"ZLa:  
采样要求： rgmF:C  
 至少1个点的间隔(每边)。 4k-+?L!/G  
 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。 qt%D'  
>9e(.6&2XZ  
采样要求： _WXtB#  
 同样，至少1个点的间隔。 \^7C0R-hX  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 _BdE< !r  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 o6 E!IX+  
sm[94,26  
 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。 QTX8 L  
 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。 \.YS%"Vz  
 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)。 $Iv2j">3)  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 JM1R ;i6  
w}Uhd,  
b306&ZVEk  
HK|ynBAo  
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=Enf  
7. 指定区域填充因子的仿真 %NL^WG:  
D?XM,l+  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 AKMm&(fh%  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 ^WBuMCe  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ;q N+^;,2  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 `W/sP\3  
"BX!  
q[`j`8YY!R  
8. 总结 pvmC$n^zc  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 [
q !TIq  
zg-2C>(6a  
第1步 x#Sqn#  
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。 ]Oq[gBL"A  
KM^ufF2[  
第2步 i[wb0yL  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。
.t
D
*2  
扩展阅读 RV@*c4KvO+  
扩展阅读 8Q_SRwN  
 开始视频 OS8q( 2z?s  
-    光路图介绍 4:gRr