[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

eX{Tyd{  
应用示例简述 $:0?"?o);  
+?bOGU
ik  
1. 系统细节 |",/  
 光源 62J-)~_  
— 高斯光束 a(eUdGJ  
 组件 1V2"s
E  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 7Ust7%  
 探测器 bA3pDt).p  
— 视觉感知的仿真 ~ny4Ay$#  
— 电磁场分布 _cXLQ)-  
 建模/设计 Kyq/o-
  
— 场追迹： <*74t%AJ%  
 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。 KN zm)O  
P/hIJV[  
2. 系统说明 ai(J%"D"  
npdpKd+*K"  
swT/ tesj  
3. 模拟 & 设计结果 -<WQ>mrB&  
l+i9)Fc<i  
4. 总结 /YH5s=  
0p'=Vel{}  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 L&SlUXyt.c  
L;k9}HWpP  
第1步 Dz>v;%$S-  
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。 &5F@u IA  

<eG8xC  
第2步 /I3>u  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 fu?Y'Qet  
HX:rVHY  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Y;WHjW(K  
)mMHwLDwH  
应用示例详细内容 RA~%Cw4t  
$^4URH  
系统参数 U.HeIJ#  
 7ehs+GI  
1. 该应用实例的内容 N!&$fhY)  
l~V^  
s'|^6/  
2. 设计&仿真任务 U[UjL)U  
2,O;<9au<  
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。 S+EC!;@Xg  
Ou<Vg\Mu  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 vo_m$/O  
Fn~?YN  
DpaPRA)x  
4. 参数：SLM像素阵列 71ctjU`U2  
K)C9)J<  
2|n~5\K|t  
5. 参数：SLM像素阵列 8}kY^"*&X  
lC ^NhQi  
Be(h x  
应用示例详细内容 Vg)]F+E  
JtrLTo  
仿真&结果 YI*Av+Z)  
hDJ84$eVZ  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM >1=sw qa  
 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)。 Gmi$Nl!~  
 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。 45;{tS.z,B  
?Rj)x%fN  
2. VirtualLab的SLM模块 \)pT+QxZ  

Qr4c':
8  
W=$d|*$  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 xxh(VQdg  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 _f8<t=R  
*hp3w  
3. SLM的光学功能 N| dwuBW  
lxpi  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 +8 avA:o  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 NyTv~8A`)  
 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。 n3t0Qc  
i(XcNnn6  
0N~AQu  
bF'^eR  
_T 5ZL  
 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/!thzC  
4{d!}R  
BiQ7r=Dd.  
R30{/KK  
V3'QA1$  
4. 对比：光栅的光学功能 ?th`5K30  
 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。 xA-O?s"CY  
 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。 bojx:g  
 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)。 <B*}W2\  
 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。 t7#C&B  
 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。 FL+^r6DQ  
|5 sI=?p&t  
\h DH81L  
I|?zSFa  
}>\+eG  
5. 有间隔SLM的光学功能 R!i9N'gGG(  
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。 ?\C7.
of  
^h z4IZ^  
MX-(;H  
mJaWzR  
>W= 0N(  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 2-9'zN0u  
,[rh7_  
~G!>2 +L  
6. 减少计算工作量 `k}  
P%8zxU;  
采样要求： FTx&] QN?  
 至少1个点的间隔(每边)。 g|r:+%,M  
 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。 Zb)j2Xgl  
5gV%jQgkC  
采样要求： -v*wT*I1  
 同样，至少1个点的间隔。 Nj Ng=q  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 8v7;{4^  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 V&x6ru#  
v7+f@Z:N*  
 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。 /=9t$u|  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 L3^WI( 8m  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 75j`3wzu  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 .`z](s  
#WD}XOA  
s)dN.'5/  
\vVGfG?6  
S&jZYq**  
7. 指定区域填充因子的仿真 A ^YHtJ  
<QGf9{m  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 v%(2l|M  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 +~Ni7Dp]  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 F.)b`:g  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 P8jXruZr  
<(rf+Ou>I  
+5Yf9  
8. 总结 =k#SQ/@  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 +;7Rz_.6f  
[bd fp a  
第1步 w)o^?
9T  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。  GU99!.$  
>'4Bq*5>  
第2步 |EuWzhNAO  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ;0Yeo"-  
扩展阅读 .!T]sX_P  
扩展阅读 ;EZ$8|  
 开始视频 Wpo:'?!(M^  
-    光路图介绍 )jbYWR*&