[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

?;\YiOTda  
应用示例简述 ]ko>vQ4]3  
O -@7n0  
1. 系统细节 Xod#$'M>  
 光源 vAX %i(4  
— 高斯光束 ?'^xO:  
 组件 Ta~Ei=d^  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 V_h, UYN  
 探测器 (Ys0|I3  
— 视觉感知的仿真 +YXyfTa  
— 电磁场分布 w<>B4m\  
 建模/设计 y/E%W/3  
— 场追迹： lBl`R|Gt  
 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。 ZM0vB% M|  
GDhg VOW(  
2. 系统说明 PE-VxRN)  
sOv:/'
 
[i\K#O +f  
3. 模拟 & 设计结果 p9fx~[_5/  
$5(co)C  
4. 总结 ON
g_3vD{  
1Z|q0-Dw0  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 k]w;(<  
^k/@y@%  
第1步 1InG%=jLo  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 YDO#Q= q%  
</Ja@%  
第2步 ]v$VZ'  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Z sv(/>  
bt"*@NJ$  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 5!-'~W  
^_n(>$ EK  
应用示例详细内容 Nn>Oq+:  
c#Y/?F2p  
系统参数 #,lJ>mTe4  
G,3.'S,7  
1. 该应用实例的内容 xbsp[0I,  
274F+X  
s: pmB\  
2. 设计&仿真任务 a/^ojn  
^|gD;OED7O  
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。 /{|JQ'gqX  
:;HJ3V;  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 _ 5nLrn,~  
R0HzNk  
=~15q=XY0  
4. 参数：SLM像素阵列 [2ez"4e  
,=jwQG4wq  
}fU"s"  
5. 参数：SLM像素阵列 9bwG3jn4?  
)
G a5c  
;2*hN(  
应用示例详细内容 g:8k,1y5  
C;>!SRCp  
仿真&结果 b*Sw")#  
wkc)2z   
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM c'O"</  
 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)。 1UdET#\  
 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。 4sMA'fG  
V(wm?Cc]  
2. VirtualLab的SLM模块 oR[-F+__  

YMXhzqj  
E?v:7p<  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 29z$z$l4  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 V96:+r  
q|h#J}\  
3. SLM的光学功能 Tg/?v3M88  
I'[gGK4F  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 M$,4B  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 >W>3w  
 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。 x<d2/[(}mT  
Z@(m.&ZRx  
7G':h0i8  
efN5(9*9R  
y8%QS*  
 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\tg.O~  
Ndmki 7A  
0H!J  
erlg\-H
 
o*_arzhA  
4. 对比：光栅的光学功能  \uG^w(*)  
 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。 SR>(GQ,m0;  
 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。 *{x8@|K8  
 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)。 e5 N$+P"
 
 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。 sU7fVke1   
 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。 q8S
HFKE  
5D+rR<pD}"  
BK]5g[   
aO&!Y\=@  
aE(DNeG-H  
5. 有间隔SLM的光学功能 {Ri6975  
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。 jI/#NCKE  
t9~Y ?  
=C#22xqQ.  
3;?DKRIcX  
weH;,e*r  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 _J&IL!S2  
yRy^'E~  
\ORE;pG  
6. 减少计算工作量 W#9A6ir>  
@+>t]jyz  
采样要求： R!>l7p/|H)  
 至少1个点的间隔(每边)。 kF-7OX0)  
 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。 ^V0I!&7lx  
O^Y@&S RrQ  
采样要求： vyBx|TR  
 同样，至少1个点的间隔。 n#PXMD*  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 \=c@  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 woUt*G@  
T_j0*A$  
 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。 7
Vo[zo  
 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。 6 m%/3>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)。 1VA%xOURh  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 &ox5eX(  
.R^q$U~v3  
efK WR  
3ih:t'N-  
k r5'E#  
7. 指定区域填充因子的仿真 yRWZ/,9x   
jwp?eL!7  
 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。 x-T7 tr&(  
 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。 5Z>+NKQ  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 \7WZFh%:  
 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)。 uQl=?085  
\Icd>>)*  
\iH\N/  
8. 总结 Yb348kRF  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 !JQ'~#jKN  
'XI-x[w  
第1步 <z QUa  
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。 _|>bOI  
IAd[_<9D  
第2步 2Uy}#n|)r  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 b v4  
扩展阅读 72\o6{BiC  
扩展阅读 ~>uu1[/  
 开始视频 Ubv_a  
-    光路图介绍 snVeOe#'S