[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

H{yBDxw  
应用示例简述 p>kny?AJ  
(SQGl!Lai0  
1. 系统细节 p#Po?  
 光源 (^W :f{  
— 高斯光束 A W6B[  
 组件 -W.-m2:1  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 J/D~]U  
 探测器 :CezkD&  
— 视觉感知的仿真 Xs|d#WbX  
— 电磁场分布 :R +BC2x  
 建模/设计 g]JRAM  
— 场追迹： @`+\v
mfD  
 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。 [kpQ:'P3
 
*~4<CP+"0  
2. 系统说明 c%O97J.5b  
@YRy)+  
5D=U.UdR  
3. 模拟 & 设计结果 ?7TmAll<.s  
AX&Emz-  
4. 总结 l" ~ CAw;  
a!4p$pR  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 wSCI?  
8@+<W%+th  
第1步 Yc?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。 TD*AFR3Oz  
\2[tM/+Bs  
第2步 1c@
S[y  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 RTvOaZ  
bC"h7$3  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ]b>XN8y.  
~|, "w90  
应用示例详细内容 -IVWkA)7  
@:
B}QxC  
系统参数 pYm#iz  
ReD]M@;  
1. 该应用实例的内容 K:qc "Q=C  
nv+miyvvm  
YahW%mv`d  
2. 设计&仿真任务 h+!R)q8M  
M6quPj  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 6 <`e]PT  
6Y6t.j0vN.  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 gBWr)R  
a
%a0/!U[  
!mWm@}Ujg  
4. 参数：SLM像素阵列 R>~I8k
9mM  
[-"ZuUG  
vfj{j= G  
5. 参数：SLM像素阵列 8"NPj0  
7!(/7U6rP  
~*\ *8U@7  
应用示例详细内容 v8'XchJ  
T*Ge67  
仿真&结果
(RrC<5"  
K0o${%'@7  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM m+7%]$  
 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)。 )+Z.J]$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。 @c"s6h&  
ME!P{ _/  
2. VirtualLab的SLM模块 FYu30  

DnhbMxh8o  
x[)]u8^A  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 vaHtWz!P  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 sUR5Q/Q  
D%?9[Qb  
3. SLM的光学功能 /pU`-  
nQ|($V1?W  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 2*cc26o  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Unq~lt%2  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 I`jG  
xQzW6H|  
Y}q~Km  
&Qj1uf92.  
^ T`T?*h  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 i
FcSz  
sredL#]BA  
@ZJ}lED3  
:i {; 81V  
P*%P"g  
4. 对比：光栅的光学功能 20haA0s  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 SS8$.ot  
 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。 Tj!\SbnA[  
 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)。 w@6y.v1I{  
 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。 IZ^:wIKo{  
 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。 omPxU2Jw  
73]t5=D:  
2ve<1+V_  
#cW:04  
YSfJUB!I  
5. 有间隔SLM的光学功能 `m#G'E I  
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。 }.WO=IZ  
5.oY$tb(  
UmMu|`  
j` * bz-  

|yp^T  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 L\bcR  
;l0%yg/}  
"
;T a8  
6. 减少计算工作量  4m=0e  
FzCXA=m  
采样要求： r~oUln<[  
 至少1个点的间隔(每边)。 9&C8c\Y  
 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。 0
8k  
pEN`6*  
采样要求： KyP@ hhj  
 同样，至少1个点的间隔。 vo)W ziHh  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Lc]hwMGR*  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ;p<BiC$b  
oOubqx  
 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。 JX&%5sn(  
 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。 ;Oq>c=9%  
 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)。 EKN<KnU%  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ]-a
/)8  
cG@Wo8+  
28+{  
-*ZQ=nomN  
"A~D(1K  
7. 指定区域填充因子的仿真 4OO^%`=)M'  
DR]oK_  
 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。 $rbr&TJ  
 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。 KiE'O{Y  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 v6! `H  
 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)。 v"%>ms"n  
(sH4T>  
8NE[L#k  
8. 总结 ;<+Z}d/g9  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 a~JZc<ze  
@(N} {om  
第1步 LL+_zBP.  
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。 \)aFYDq#\  
*&h]PhY  
第2步 Y-+Kf5_[  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ^HTvw~]5  
扩展阅读 ~-%z:Re'_  
扩展阅读 8-kR {9r  
 开始视频 pj3H4yCM:  
-    光路图介绍 gOE?