[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

zW@OSKq4  
应用示例简述 d^&F%)AT  
Ul<'@A8  
1. 系统细节 &I[ITp6y0  
 光源 I& `>6=)  
— 高斯光束 "/EE$eU  
 组件 a-`OE"  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 4HG@moYn@  
 探测器 Ozygr?*X  
— 视觉感知的仿真 O$><E8q  
— 电磁场分布 )6S;w7  
 建模/设计 8\M%\]_  
— 场追迹： wGqQR)a  
 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。 >gt_C'  
%HRFH  
2. 系统说明 AX|-Gv  
!  Z e  
LNp%]*h  
3. 模拟 & 设计结果 E0nR Vg  
_HT
*>-B  
4. 总结 /mB'Fn6)  
A2`QlhZ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *>=vSRL0_  
_{EO9s2FG  
第1步 &h7q=-XU   
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。 ~urV`J  
+ *YGsM`E9  
第2步 @G vDl=.  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 h_ ^,|@C"  
728}K^7:  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 u}QB-oU  
WC!bB  
应用示例详细内容 E)Z$7;N0x  
5XNIX)H  
系统参数 &FWPb#  
Jmb [d\ /D  
1. 该应用实例的内容 tQ7DdVdix  
#5?Q{ORN o  
jafq(t  
2. 设计&仿真任务 wz*QB6QtU  
H=vrF-#  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 {cF7h)j  
r<;bArs-u  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 IJ^KYho  
@<]xbWhuw  
eSynw$F2N  
4. 参数：SLM像素阵列 U.oxLbJ`  
8#
%p[TLj  
z8bDBoD6  
5. 参数：SLM像素阵列 A9!gww  
#e.2m5T  
H_'i.t 'SS  
应用示例详细内容 ~U:{~z  
NyD[9R?  
仿真&结果 y2V
9!  
a1p:~;f}[  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM iTU
8WWY<  
 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)。 4BG6C'`%  
 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。 7z \I\8  
,\;;1Kq  
2. VirtualLab的SLM模块 (Rvke!"B  

n4%|F'ma  
f
\"Qgn
 
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 J/j1Yf'9  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 %t0Fx  
'kc_OvVA  
3. SLM的光学功能 ~R.8r-kD`  
.~V0>r~my  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 DCb\=E  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 %}cGAHV  
 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。 %3'4QmpR  
eL9RrSXz  
@<--5HbX  
TX]4Y953D  
ZLdvzH@'  
 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。 %R5APMg1  
vy#n7hdCc  
e*uaxh+7
 
SsDz>PP  
58*s\*V`\  
4. 对比：光栅的光学功能 wJJ4F$"b  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 Vg/{;uLAe  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 w[z^B&  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 hGcq>Cvf  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 a +Q9kh  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 y3$i?}?A  
d$s1l  
4VPL -":6  
@L^2VVWk^  
\pZ,gF;y  
5. 有间隔SLM的光学功能 l?~SH[V  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 s z/7cLo  
%y33evX/B  
&R/)#NAp  
/hf}f=7kH  
L,.Ae i9  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 7]YLe+Ds  
m8H|cQ@Uu  
p~I+ZYWF'  
6. 减少计算工作量 m/n_e g  
XF(I$Mxl6  
采样要求： ,St#/tu  
 至少1个点的间隔(每边)。 F ^Rt 6Io  
 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。 0\%/:2   
r_T\%
 
采样要求： xh[Mmq/R  
 同样，至少1个点的间隔。 ?"PUw3V3lB  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 w
ly#|  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 E\#hcvP  
j$^3  
 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。 F{
J>=TC  
 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。 {gluK#Qm  
 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)。 i4 KW  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 g5R2a7  
/HgdTyR)  
{bL6%._C  
#_y#sDfzh  

:Ts"f*  
7. 指定区域填充因子的仿真 w"$CV@AJ  
~YOwg\w^  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 ,K .P,z~*  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 E"bYl3  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 db^S@}  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 vb)
Z&V6(  
k_#ra7zP  
?1i>b->  
8. 总结 }rsD$  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 [Rw0']i`4  
r]Bwp i%  
第1步 x;S v&  
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。 !p4w 8  
z:bxnM2\  
第2步 <i"U%Ds(  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 V"(S<o  
扩展阅读 [sp=nG7i&  
扩展阅读 aB"W6[  
 开始视频 9r@r\-  
-    光路图介绍 LEvdPG$)