[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 4YBf ~Pp  
ZHb7+  
1. 系统细节 +&(J
n  
 光源 a4
:`2  
— 高斯光束 q$3HvZP  
 组件 oO8]lHS?@  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 *1i?6$[ "  
 探测器 EQ6l:[  
— 视觉感知的仿真 PVZEB  
— 电磁场分布 >J9IRAm}sc  
 建模/设计 L,O>6~9:^1  
— 场追迹： Ia=&.,xub  
 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。 *>G^!e.u  
@Ap@m6K?q  
2. 系统说明 *h>OW  
bJANZn|H  

bGhhh/n  
3. 模拟 & 设计结果 $#F;xys  
N'I?fWN!;R  
4. 总结 #)Ep(2  
A&D2T  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _F! :(@}  
mi*:S%;h  
第1步 Y"r3i]  
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。 =;kRk.qzy  
*oKgP8CF  
第2步 EPQ&?[6  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 oZ?IR#^
 
[O.LUR;  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 6'S5sRA  
Bi'I18<  
应用示例详细内容 6wa<'!  
{ +i;e]c  
系统参数 s4^[3|Zrr0  
 s$K@X `  
1. 该应用实例的内容 !a.3OpQ  
hz&^_G6`  
S~]8K8"sT  
2. 设计&仿真任务 $_4oN(WSz  
;4+qPWwq8W  
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。 se4w~\/  
dw|-=~  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 x0}<n99qE  
at_dmU2[7  
s?4%<jz  
4. 参数：SLM像素阵列 }Z~pfm_S  
~nLkn#Z  
CUAg{]  
5. 参数：SLM像素阵列 iKP\/LR<n  
@h,h=X  
~ex~(AWh  
应用示例详细内容 }TXp<E"\  
UXcH";*9b  
仿真&结果 FCS5@l,'<  
ymzPJ??
!  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM A>rWGo.{E  
 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)。 G_7ks]u-  
 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。 _47j9m]f  
TWl(\<&+)  
2. VirtualLab的SLM模块 eSQzjR*  

wj5qQ]WC  
*!wO:<-  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ?=pZmvQg  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 yg-L^`t+B5  
p@!@^1j=  
3. SLM的光学功能 &r5&6p  
+73=2.C0  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 s$2l"|h>B  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ZC9.R$}Kl  
 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。 FVvv  
8Izn'>"  
RGx]DP$5G  
O>tC]sm%  
EL2hD$  
 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。 l&e5_]+%  
$)kBz*C[  
x):k#cu[L  
?-RoqF  
8VAYIxRv  
4. 对比：光栅的光学功能 D-2v>l_  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 ;?O883@r8  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 u+I r:k  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 E<98ahZ?l  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 ~_# Y,)S!z  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 d-#u/{jG)  
]Lb?#S  
p'uqh e X  
g~$GE},,  
+cE tm  
5. 有间隔SLM的光学功能 mv9E{m  
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。 GP7)m  
avbr7X(  
a2klOX{  
,;+91lR3  
4/-))F&s  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ]L%R[Z!3  
0F0Q=dZ  
foP>w4pB  
6. 减少计算工作量 7gdU9c/q,  
skC|io-Zv  
采样要求： LGo@F;!n  
 至少1个点的间隔(每边)。 GJ^]ER-K  
 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。 _ \y0 mc4  
!7"K>m<  
采样要求： l_j<aCY?|  
 同样，至少1个点的间隔。 *
3etxnQc  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 R6WgA@Z|r  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 >kDdWgRQ  
:(?hLH.W[  
 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。 w;SH>Ax:  
 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。 :z0>H5  
 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)。 ;MRC~F=  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 !$KhL.4P  
@BHS5^|  
v<J;S9u=  
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$O  
K9qEi{[  
7. 指定区域填充因子的仿真 x 1xj\O  
3}#XA+Z  
 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。 @;n$caw  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 :2UC{_  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 (P>eWw\0  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 r)#"$Sm  
>eG&gc@$1$  
Pdm6u73  
8. 总结 q V UUuyF  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ,<P[CUD&&  
9M7(_E;)B  
第1步 3Llj_lf  
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。 R$;&O. 5M  
-IEP?NX  
第2步 ">vYEkZ3  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Y7t{4P
  
扩展阅读 };|PFWs  
扩展阅读 _hyxKrm' 6  
 开始视频 F)5B[.ce  
-    光路图介绍 &pY G