[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

[xf$VkjuF  
应用示例简述 dN0mYlu1|  
}^9paU  
1. 系统细节 'kQ~  
 光源 .pW o>`"  
— 高斯光束 )#PtV~64  
 组件 4m\([EO  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 > Y]_K  
 探测器 ])UwC-l  
— 视觉感知的仿真 @ t|3gF$X  
— 电磁场分布 0ERsMnU'  
 建模/设计 3Y(9\}E@`  
— 场追迹： 5zVQ;;9  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 #fj[kq)&S  
qy&\Xgn;GA  
2. 系统说明 QoWR@u6a  
q0g1EJar  
Ck@M<(x  
3. 模拟 & 设计结果 vcM~i^24)  
\OA L Or  
4. 总结 Wp`C:H  
K( z[}  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 3fl7~Lw,  
_aY.  
第1步 OGGSS&5tw  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 V]m^7^m3  
YuA7r"c  
第2步 5QOZ%9E&M  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 k,lqT>C  
SBz/VQ  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 F+3!uWUK  
*l{4lu  
应用示例详细内容 (V)9s\Le_  
phmVkV2a;#  
系统参数 >Fp&8p`am  
F3 Y<ZbxT  
1. 该应用实例的内容 ?yf_Dt  
>]-<uT_  
kU1 %f o  
2. 设计&仿真任务 Az9J\V~"  
F^]aC98]1  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 "*t6t4/Q  
?uig04@3  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 H) cQO?B  
s.KOBNCFa  
0R*}QXph  
4. 参数：SLM像素阵列 ^Eu_NUFe  
]1tN|ODY*W  
77tZp @>hn  
5. 参数：SLM像素阵列 XHZLWh"gS  
"h$D7 mL  
sSV^5  
应用示例详细内容 <\p&jk?  
@BXaA0F4  
仿真&结果 w0aHEvH/  
"raj>2@  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM TG?fUD V  
 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)。
0S_Ra+e  
 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。 )Yrr%f`\  
oW8;^u  
2. VirtualLab的SLM模块 [&Lxz~W][  

-: C[P  

Fos1WH?\  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。
z30=ay1  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 0O_E\
- =  
so'eZ"A:  
3. SLM的光学功能 Etdd\^  
,rXW`7!2  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 w2' 3S#nZ  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 vRxL&8`&  
 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。 y^3,X_0  
WVj&0  
Y[T J;O!R  
N4tc V\O  
wH#Lb@cfZ0  
 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。 \/pVcR  
R+C+$?4NG  
X9SJ~n  
;B(;2.<"J  
WI%zr
2T  
4. 对比：光栅的光学功能 oA[2)BU  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 N%:D8\qx  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 cS+?s=d  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 3$;J0{&[i  
 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。 O$YJku  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 f.sPE8#3=  
/]P%b K6B  
6CCZda@  
e$gaE</  
bXk:~LE  
5. 有间隔SLM的光学功能 54bF)<+  
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。 [qq`cT@  
oVAOGHE  
Gt?!E6^!  
1i ?gvzrq  
!N@Yh"c  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 'Wd3`4V$  
-(`K7T>D.  
`W6:=H  
6. 减少计算工作量 XT\Td}>  
 zgZi  
采样要求： f'8B[&@L  
 至少1个点的间隔(每边)。 b6 J2*;XG  
 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。 O(b"F? w  
1v+JCOy  
采样要求： `kI?Af*;v  
 同样，至少1个点的间隔。 )cfp(16  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 |E>v~qD8I  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ;F" kD  
$yP'k&b!  
 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。 wR`w@5,d  
 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。 \k2C 5f  
 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)。 ~7FEY0/  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 s:qxAUi\/  
'` BjRg57]  
e)fJd*P  
{m1t~ S  
/1s9;'I  
7. 指定区域填充因子的仿真 5pN08+  
eUGmns  
 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。 w yuJSB  
 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。 GFSlYG  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Xuz8"b5^Zx  
 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)。 3}.mp}K5  
0%(4G83gw  
sYW1T @  
8. 总结 V{/)RZ/  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 t6! p\Y}}  
_ d(Ks9  
第1步 }kgjLaQ^N  
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。 +3~Gc<OO  
Gx~"iM  
第2步  h;:Se  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 S]#=ES'^/  
扩展阅读 9/8@  
扩展阅读 NoSqzJyh  
 开始视频 :c+a-Py $E  
-    光路图介绍 @ B}c4,