[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

2Sg,b8  
应用示例简述 F
lQ(iv)P  

qCaM]Y  
1. 系统细节 X6g{qzHg_  
 光源 q-)Ynp4'  
— 高斯光束 L 2:N@TP  
 组件 |ydOi&  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 z4yV1  
 探测器 -^%YrWgd?  
— 视觉感知的仿真 oDEvhNT  
— 电磁场分布 d;9F2,k$w  
 建模/设计 gr y]!4Hy  
— 场追迹： Lw!Q*3c  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 m=u
W:~  
/}=Bi-  
2. 系统说明 9:tn!<^=I  
F ak"u'~  
YZH&KGY  
3. 模拟 & 设计结果 ,:1_I`d>#X  
rWo&I_{  
4. 总结 Y]R;>E5o|  
@s2<y@  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 rFPfTpS  
{v>orP?  
第1步 hRvjiK\  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 GE{u2<%@  
)KPQ8y!d  
第2步 )+ss)LEC  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,B=;NKo  
R%Y#vUmBV{  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 JM-rz#;1  
M>BcYbXf  
应用示例详细内容 CkJ\v%JAW  
RC| t-(Z  
系统参数 5@xl/  
bq<DW/  
1. 该应用实例的内容 yj48GQP]  
i$:\,  
hD5G\TR.  
2. 设计&仿真任务 $stBB  
%wYGI  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 k5%:L2FO  
*75?%l  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 c5t],P  
4x'N#m{p  
yA/
b7x-c  
4. 参数：SLM像素阵列 '&.QW$B\B_  
)K0BH q7r  
LmKG6>Q1#1  
5. 参数：SLM像素阵列 _ IqUp Y  
i9FHEu_  
pg.z `k  
应用示例详细内容 cF7efs8u  
F
B-_a  
仿真&结果 i"{ \ >  
'L"dM9#>  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM y~cDWD<h  
 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)。 1~HR;cTv=  
 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。 :i4>&4j  
HJn  
2. VirtualLab的SLM模块 ~HH#aXh*  

O#e'.n!rI  
k>8,/ AZd  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 DhL]\ 4  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 HktvUJ(Ii  
;&N;6V"}  
3. SLM的光学功能 MU; L7^  
) DzbJ}  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ?>_[hZ  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 O<1qU M  
 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。 HW)4#nLhh  
%b H1We  
MMpGI^x!-X  
yX:*TK4  
Fnnk}I}  
 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。 pL{h1^O}  
]&')#YO  
AQ>8]`e`  
="$9 <wt  
)PRyDC-  
4. 对比：光栅的光学功能 X0,?~i6Q  
 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。 !NNq(t  
 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。 ^b{w\HZ  
 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)。 R(?g+:eCpM  
 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。 [,Io!O  
 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。 u'o."J^&'  
=+T$1  
6dRxfbL  
5AWIk,[  
qjsS2,wM  
5. 有间隔SLM的光学功能 *20$u% z2  
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。 r.5}Q?  
] Fx9!S  
y^o*wz:D*  
=AhXEu^  
iUv
#oX H  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ay\e#)  
Ylc[ghx  
Q0)6 2[cMm  
6. 减少计算工作量 NArql  
H]LH~l  
采样要求： Vf67gux  
 至少1个点的间隔(每边)。 $YM>HZe-  
 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。 *CHLs^)   
+mReWf:o  
采样要求： t;7 tuq   
 同样，至少1个点的间隔。 0-ISOA&  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 n+Ia@$|m  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 yG
)zrRU  
LV4]YC  
 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。 eIzT(3(  
 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。 2]Nc@wX`p  
 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)。 f?_UT}n  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 3d qj:4[f  
i
Ro/~(  
nATEv2:G  
wHSas[4k  
_S43_hW  
7. 指定区域填充因子的仿真 1 m)WM,L  

n+db#qAj5  
 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。 GA,6G [E  
 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。 g1JBssw&m  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Bn83W4M  
 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)。 01n5]^.p  
,&Iw5E[  
Xsvf@/]U  
8. 总结 Zrtyai{8l  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 -6(u09mb_  
c#?JW:^|Df  
第1步 
\,<5U F0  
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。 1(z&0Y;  
:zXkQQD8`  
第2步 fVlTsc|e  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 A %iZ_h^  
扩展阅读 5&WYL  
扩展阅读 {&_1/  
 开始视频 c2aX_ "  
-    光路图介绍 W7k\j&x