[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

Xm!-~n@-m7  
应用示例简述 |ys0`Vb=$  
mUP.rb6  
1. 系统细节 WO*9+\[v  
 光源 #x@eDnb_  
— 高斯光束 5iX! lAFJ  
 组件 7hw .B'7  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Ol/N}M|3
 
 探测器 E6MA?Ax&=  
— 视觉感知的仿真 EL{vFP  
— 电磁场分布 [(mlv42"  
 建模/设计 \_BkY%a
 
— 场追迹： uGP(R=H  
 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。 gP}+wbk  
:k=mzO<&  
2. 系统说明 +[-i%b3q  
XNH4vG |  
obH;g*  
3. 模拟 & 设计结果 #f,y&\Xmf  
hZ$t$3  
4. 总结 ,<Kx{+ [h  
t?eH
'*>  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 j}JZ  
oF&l-DHp  
第1步 a2@c%i  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 Dm0a.J v  
<i. apBH  
第2步 P:xT0gtt  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 2DDsWJ;  
a[!%Ld  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 YK#fa2ng  
dY!Z  
应用示例详细内容 g_.^O$}  
\IM4Z|NN"  
系统参数 r%]Qlt~K  
qSU|=  
1. 该应用实例的内容 PL=^}{r  
O6s.<`\  
}j{!-&  
2. 设计&仿真任务 )xU-;z0"~  
9J-b6,  
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。 2-+f1,  
QO;4}rq  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 0#p/A^\#7M  
_.)eL3OF  
rRFAD{5)  
4. 参数：SLM像素阵列 R W/z1  
<yUstz,Xu^  
:$3oFN*g  
5. 参数：SLM像素阵列 LRb,VD:/Y  
[\z/Lbn ,.  
B9dt=j3j2  
应用示例详细内容 [5d2D,)  
clO,}Ph>  
仿真&结果 J>vMo@  
*?p|F&J  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM &"Ux6mF-"  
 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)。 bCv{1]RC2  
 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。 ?)4?V\$  
~%k?L4%  
2. VirtualLab的SLM模块 LJlZ^kh  

]2SI!Ai7  
S::=85[>z  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 >h~IfZU1  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 &dB-r&4;+  
.^(/n9|o-  
3. SLM的光学功能 uRV<?y%  
B^ 7eoW  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ~l[ra  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 [I*! lbt  
 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。 NPnHH:\;  
iPG0o %  

\K2*Q&>  
Aj>[z8!,  
22hSove.  
 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。 xb
2?lL]  
)$GIN/i  
l:|D,q  
N3BL3:@O  
DbI!l`Vn4  
4. 对比：光栅的光学功能 Wzq>JNny  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 } l667N  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 kh$_!BT  
 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)。 \ gwXH  
 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。 1Nn@L2b 2  
 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。 `(y(w-:W1  
l~:v (R5
 
R6;Phdh<>  
)K
Soq/  
=JLh?Wx  
5. 有间隔SLM的光学功能 nwI3|&  
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。 $"JpFT  
q Dd~2"er  
K-vWa2  
*hhmTc#  
|`k .y]9  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 66&EBX}  
-[7O7'  
rt-\g1x  
6. 减少计算工作量 Y&bMCI6U  
F'8T;J7  
采样要求： rt7<Q47QE  
 至少1个点的间隔(每边)。 AbwbAm+  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 od<b!4k~s  
MZv]s  
采样要求： b}9[s  
 同样，至少1个点的间隔。 vE, 37  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。  P\m7 -  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 b8KsR=]4I  
n^(A=G  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 )+y G+  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 gT+Bhr  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 A?!I/|E^;  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 9<Eg}Ic  
4Cb9%Q0  
XE3aXK'R  
k_|^kdWJ  
[]W;t\h  
7. 指定区域填充因子的仿真 <lxD}DH=  
[U =Uo*  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 FyL_xu\e  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 zJlQ_U-!  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 j=+"Qz/hr_  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 mg:!4O$K  
f&@BKx  
}u{gR:lZ  
8. 总结 :\~+#/=:  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 E:E4ulak  
:,pSWfK H  
第1步 )vB2!H/  
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。 NtGn88='{  
Yepe=s+9  
第2步 aT  l c  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Oc?+M 5  
扩展阅读 {U!St@  
扩展阅读 O;Y:uHf  
 开始视频 Q/>L_S  
-    光路图介绍 bF}V4"d,B3