[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 )< a8a@  
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1. 系统细节 s^?sJUj  
 光源 .q9|XDqQc  
— 高斯光束 y" 6~9j  
 组件 NDa|.,  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ]|LaMMD  
 探测器 YG1`%,OW`  
— 视觉感知的仿真 S}[:;p?F`  
— 电磁场分布 +ZA\M:^b  
 建模/设计 Fx99"3`3  
— 场追迹： O9=H [b  
 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。 4Z~Dxo  
5F sj_wFk  
2. 系统说明 U8$dG)PhA  
zcWxyLifl0  
-QI`npsnV  
3. 模拟 & 设计结果 xOyL2  
@$yYljP  
4. 总结 %PdYv _5  
r\ Yur  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 f uNXY-;  
$z,DcO.vz  
第1步 /N{@g.edL  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 Hh;6B!zb+  
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VmY  
第2步 =egi?Ne  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [gdPHXs  
A^@<+?  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 jL%}y1m?  
^r :A^q  
应用示例详细内容 ;GT)sI  
7-IeJ6,D  
系统参数 8 (h  
&FF. Ddt{  
1. 该应用实例的内容 `DllW{l  
<a[8;YQC  
M>gZVB,eP>  
2. 设计&仿真任务 Jv.R?1;8i  
d@f2Vxe7  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 [IBk-opap  
Tn-]0hWkP  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 5t?2B]  
V"jnrNs3  
l'%R^  
4. 参数：SLM像素阵列 R,+(JgJ  
hBE>ea  
aB!Am +g  
5. 参数：SLM像素阵列 I8;[DP9  
"]V|bz o0a  
ZKPkx~,U[  
应用示例详细内容 Hbc&.W;g7[  
Fh$&puF2  
仿真&结果 NT/B4'_@  
0%NI- Zyo  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM X2?_lZ[\  
 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)。 .LR>&N_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。 aBi:S3 qk  
AV3,4u  
2. VirtualLab的SLM模块 Z`c{LYP,y"  

xG/qDc  
AK?j1Pk  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Z x%@wH~  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 $i>VI  
Y<fXuj|&  
3. SLM的光学功能 -JK4-Hg  
S Tk#hhx  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。  F]#fl%  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 yLOLv6g~e  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 fGWK&nONyk  
Z@/5~p  
&ru0i@?)  
Y{tuaBzD  
V<pjR@  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 kk+8NwM1  
ZhaOH5{9  
S\!E;p  
Pv.@Y30  
0*x?  
4. 对比：光栅的光学功能 3[Iw%% q  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 AB\4+ CLV  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 htym4\Z=  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 *=@pdQkR  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 lXKZNCL  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 _/
ZY&5N  
mDfWR  
??V["o T  
1Di&vpn0u  
j~q`xv+
R  
5. 有间隔SLM的光学功能 hiHp@"l<  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 ^T,cXpx|  
q:.BY}X9  
-#x\E%v.F  
nB& 8=.  
[F EQ@  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 |Wk G='02  
hGV/P94  
3/FB>w gt  
6. 减少计算工作量 ;D:T ^4  
0{F.DDiNT  
采样要求： PM7/fv*,  
 至少1个点的间隔(每边)。 CV"Y40  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 55p=veq \  
`0:@`)&g1  
采样要求： (Lnh> '2  
 同样，至少1个点的间隔。 n]Y _C^  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Q@
n kT1o  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 dZmq  
q3`t0eLZ  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 mM.&c5U  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 {AUEVt  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 H #_Z6J  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 hgGcUpJy?  
%>TdTt  
sSUd;BYf  
W:\VFPf2  
G\%hT5^  
7. 指定区域填充因子的仿真 N=9lA0y+  
PAkW[;GSDh  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 J?'!8,RX  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 UhK,H   
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 S}
X:LHr*  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 2|BE{91  
sa*-B  
G
>x0}c  
8. 总结 E<dN=#f6  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0i"OG( ,  
fp0Va!T(V  
第1步 .Ko`DH~!,C  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 :%{7Q$Xv<  
uk,f}Xc  
第2步 M_K&x-H0  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 2lRZ/xaF%P  
扩展阅读 7f>n`nq?  
扩展阅读  >pKI'  
 开始视频 D$HxPfDZ  
-    光路图介绍 kWFR(J&R