[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

fK_~lGY(  
应用示例简述 _CE9B e\  
{y6C0A*  
1. 系统细节 dE [Ol   
 光源 H)5QqZ8  
— 高斯光束 =/9<(Tt%m  
 组件 y]'CXCml)  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 .S_QQM}Q  
 探测器 L/x(RCD  
— 视觉感知的仿真 Dtt-|_EMS  
— 电磁场分布 (6R4 \8z2  
 建模/设计 ([KN*OF  
— 场追迹： j#3m|dQ  
 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。 e+@xsn3  
9p`r7:  
2. 系统说明 O]{*(J/t  
$<OhGk-  
x=Mm6}
/  
3. 模拟 & 设计结果 \_VmY!I5\  
2~FPw{]j  
4. 总结 HO5d%85  
ET-Vm >]  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 8lwM{?k$  
FT.@1/)  
第1步 Pp*}R2  
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。 M#a&\cqC  
!ZrB^?sO  
第2步 ezZph"&  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 &{W^W8,%  
rk,p!}FqL  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 9":2"<'+  
V]c5 Z$Bd  
应用示例详细内容 h|p[OecG  
FkB{ SCJ  
系统参数 t5)J;0/  
yvxl_*Ds8  
1. 该应用实例的内容 |scUo~  
nwf7M#3d  
54q3R`y  
2. 设计&仿真任务 vg(K$o{BT  
}-p,iTm  
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。 doD>m?rig3  
hZN<Yd8:  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 kon=il<@  
``9 GY  
gX,9Gh  
4. 参数：SLM像素阵列 yr{B5z,  
0M8.U  
D$nK`r  
5. 参数：SLM像素阵列 DB@EVH  
>}SRSqJu  
%-j&e44  
应用示例详细内容 nbxR"UH  
n93zD*;5  
仿真&结果 "^%Z'ou  
]US[5)EL-  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 1V%'.l9  
 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)。 A1A3~9HuK  
 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。 H06Bj(Y!  
CLN+I'uX0  
2. VirtualLab的SLM模块 M!{'ED  

GDPo`#~  
x~/+RF XF  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 &qRJceT(  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 DJP6TFT&G  
;&?pd"^<_Z  
3. SLM的光学功能 O3%[dR  
daX*}Ix  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 \##`pa(8  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 np6HUH  
 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。 k^%_V|&W/(  
G;]:$J  
Fu)Th|5GZ  
ax@H"d&  
(ZPXdr  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 mU
G %LM  
8(xw?|D7  
&KqVN]1+^  
+t]Xj1Q  
0*7*RX  
4. 对比：光栅的光学功能 & _K*kI:  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 FA$zZs10\  
 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。 !R:y'Y%j  
 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)。 z $6JpG  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 T[.[ g/`  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 `6Hf&u<  
o&
-L0]i|  
dZ2`{@AYY  
G6O/(8  
\G;CQV#{9  
5. 有间隔SLM的光学功能 [Ox(.  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 % vS8?nG  
\&q=@rJp(z  
-M61Mw1  
s AE9<(g&@  
D1X{:#|  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 SS8ocGX  
H(qm>h$bU  
<qY5SV,  
6. 减少计算工作量 agsIS
u(  
 5$Kf]ZP  
采样要求： OFy,B-`A{  
 至少1个点的间隔(每边)。 i\p:#'zk5  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 *Bw#c j  
\Ph7(ik  
采样要求： h>3H7n.  
 同样，至少1个点的间隔。 +hH}h?K  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 arj$dAW  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 s4t0f_vj`  
"#S>I8d  
 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。 l3J$md|f  
 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。 ;CmOsA,1  
 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)。 5"=:#zN  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 $G[KT):N  
- ]Y wl  
6P+DnS[]  
kwar}:`  

*K)0UKBr  
7. 指定区域填充因子的仿真 1xTTJyoq  
%#k,6;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。 zM59UQU;  
 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。 )N)ljA3]  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 }ND'0*#  
 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)。 `-O=>U5nH  
4vqNule  
{L9yhY
w  
8. 总结 (=JueF@J  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 &jm[4'$ *z  
=Ahw%`/&}]  
第1步 IVteF*8hU  
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。 treXOC9^B8  
&;v!oe   
第2步 "{( [!  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Gah lS*W  
扩展阅读 kp`0erJqw  
扩展阅读 'F5)ACA%  
 开始视频 @ER1zKK?  
-    光路图介绍 o!Fl]3F