[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

^,r;/c9A8  
应用示例简述 {nWtNyJpS  
DD3yl\#,  
1. 系统细节   r3K:  
 光源 , 0ja_  
— 高斯光束 sm <kb@g  
 组件 X=}0+W  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 B}bNl 7 ~  
 探测器 :Gk~FRA|  
— 视觉感知的仿真 DxG'/5jQ[  
— 电磁场分布 aYX'&k `  
 建模/设计 ` R-np_  
— 场追迹： v2<gkCK^  
 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。 MO+0]uh:  
.=<pU k 3G  
2. 系统说明 S5p\J!k\B  
 D-EM  
)O'<jwp$  
3. 模拟 & 设计结果 y9mZQq  
66;O3g'  
4. 总结 Q|r1.  
`{[C4]Ew/  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 rkXSygb  
TW? MS em  
第1步 JG$J,!.\  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 KPrxw }P  
l$@lk?dc  
第2步 ;hp; Rd  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 JB}h}nb  
e;\c=J,eE  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Qc/J"<Lx  
?NeB_<dLa`  
应用示例详细内容 QR8Q10  
N_}Im>;!  
系统参数 #J9XcD{1  
Jx7^|A  
1. 该应用实例的内容 Ee| y[y,  
SpQ6A]M gm  
=v;@w$#  
2. 设计&仿真任务 $9$NX/P  
S}yb
~uc,  
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。 W{2y*yqY  
,\"gN5[$(  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 s_Gp +-  
Z0^do  
X^)5O>>|t  
4. 参数：SLM像素阵列 5T*7HC[  
+[qy HTcG  
QJ'C?hn  
5. 参数：SLM像素阵列 /pEkig7M  

SesO$=y  
{%dQ
V#'c  
应用示例详细内容 xEqrs6sR  
^4i3#}  
仿真&结果 S d -+a  
CdjGYS  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 'JVvL  
 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)。 ^hJ,1{o  
 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。 s4*,ocyBP  
}2"k:-g  
2. VirtualLab的SLM模块 G3n7x?4m  

ggWfk  
;anG F0x  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 /vKDlCH*  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 *a4eL [  
Z]CH8GS~<  
3. SLM的光学功能 L x&ZWF$  
Vy VC#AK,  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ,y @3'~  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 6cvm\opH  
 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。 `MS=/xE  
(Nf.a4O  
d)HK9T|B  
4)z](e$  
Zl*!pQ  
 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。 oB@C-(M  
R _%pR_\  
|ouk;r24V  
V8/o@I{U[  
mBF?+/l  
4. 对比：光栅的光学功能 |iI`p-L9  
 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。 t+tGN\q  
 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。 /r6DPR0\  
 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)。 hb{(r@[WHv  
 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。 195(Kr<5$  
 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。 mdd~B2"el  
YDwns  
i`X{pEKP+  
Nx"?'-3Hm  
h
2nyP  
5. 有间隔SLM的光学功能 {i
RNnh  
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。 *gnL0\
*  
B5hGzplS  
e;$
s{CNo  
- U|4`{PP  
U+z&jdnhDR  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。
nHX@  
>4c 1VEi  
v3B ^d}+.  
6. 减少计算工作量 )Z#7%,o  
0;9LIL5  
采样要求： GUxhCoxb  
 至少1个点的间隔(每边)。 ROS0Q9X  
 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。 DbDpdC;  
{!w]t?h  
采样要求： Kt-@a%O0  
 同样，至少1个点的间隔。 ;AaF;zPV  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 R*U>
T$  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 31}6dg8?n  
eP)RP6ON{  
 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。 Gs%kqD{=  
 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。 0bor/FU-d  
 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)。 rr*IIG&.5  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 eNNK;xXe#  
lxeolDl  
U*Q$:%72vO  
#KIHq2:.4  
`7LdF,OdE  
7. 指定区域填充因子的仿真 W<2-Q,>Y  
\<5xf<{  
 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。 tP\Utl-0  
 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。 SF6n06UZu  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 !`u)&.t
7  
 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)。 ,T]okN5uI  
K \O,AE  
<rU(zm  
8. 总结 UwLa9Dn^  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 S&a44i  
xN5}y3  
第1步 pCq{F*;  
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。 0P|WoC
X  
Mqq7;w@(J  
第2步 .e6:/x~p*  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ]!/1qF  
扩展阅读 # RtrHm  
扩展阅读 $ZA71TzMV  
 开始视频 +iXA|L9=  
-    光路图介绍 EfOJ%Xr[,l