[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

``U>9S"p)  
应用示例简述 z;D[7t
T  
p%8y!^g  
1. 系统细节 1ih|b8)Dn  
 光源 4;y*y tY*  
— 高斯光束 r3;?]r.}7  
 组件 ZE#A?5lb  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 B/AS|i] sM  
 探测器 uL`_
Sdjw  
— 视觉感知的仿真
\'x.DVp  
— 电磁场分布 qJj"WU5  
 建模/设计 Gu-6~^
Km9  
— 场追迹： Sjv_% C$  
 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。 6C7|e00v  
LB$#]
Z  
2. 系统说明 '9.L5*wh]  
RR
|Z,  
}fU"s"  
3. 模拟 & 设计结果 ?$J#jhR?  
n|q$=jE  
4. 总结 %OE (?~dq  
]O]6O%.ao  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 )&Af[mS  
bWv2*XC  
第1步 RA^6c
![  
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。 @` 5P^H7  
=e*S h0dK  
第2步 `8M{13fv  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 = Zi'L48  
DsX+/)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。 #7v=#Jco  
46[k9T  
应用示例详细内容 zPm|
$d  
]Ub"NLYV  
系统参数 0(qtn9;=2  
"vvv@sYxi  
1. 该应用实例的内容 'u}OeS"f  
lq}m0}9<  
B}fd#dr  
2. 设计&仿真任务 ,76Q*p  
T|k_$LH  
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。 <H,E1kGw9  
,8@q2a/  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 <g$bM;6%  
pN=>q<]L  
A=96N@m6  
4. 参数：SLM像素阵列 y/Ui6
D  
;q?WU>c{?  
`D $ "K1u  
5. 参数：SLM像素阵列 fA)4'7UT  
pnpf/T{xpM  
s:xt4<  
应用示例详细内容 yk0^m/=C(  
]|QA`5=$  
仿真&结果 7*eIs2aY  
h'B0rVQia>  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM L"L a|  
 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)。 D\Fu4Eg  
 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。 af_bG;  
Zt \3y  
2. VirtualLab的SLM模块 J\?d+}hynX  

zB8J|uG  
PTpGZ2FZ  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ~p{ fl?  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 chur(@Af  
RY}:&vWDk  
3. SLM的光学功能 NchEay;`  
u vyvy  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 MtG~O;?8  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 /h,-J8[  
 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。 E9Hyd #
A  
&ER,;^H`6  
e0g>.P@6  
Wdp4'rB  
#{~3bgY  
 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。 .~%,eF;l$  
KV|ywcGhT  
O7xBMqMf  
8O.5ML{  
J1d|L|M  
4. 对比：光栅的光学功能 h5ZxxtGU  
 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。 (h27SLYm  
 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。 J Sms \  
 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)。 Y#f
iJ  
 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。 F <.} q|b  
 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。 '?b.t2  
l 5z8]/  
lPn&,\9@~  
,CjJO -  
G2hBJTW  
5. 有间隔SLM的光学功能 1~9AQ[]w8  
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。 3bMUsyJ2  
zNQ|G1o  
cP[]\r+Kj  
?p!+s96  
Vr<ypyC  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 0%5x&vx'S  
nwAx47>{  
,__|SnA.  
6. 减少计算工作量 JulxFjC  
parC~)b_  
采样要求： d 3
}'J  
 至少1个点的间隔(每边)。
&-6D'@  
 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。 R7!^ M  
Gq
r(.  
采样要求： L8j#lu  
 同样，至少1个点的间隔。 "227 U)Q  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 7<VfE`Q3  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 O@bDMg  
uH-*`*  
 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。 $MG. I[h  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 84*Fal~Som  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 3fJwj}wL  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 P'6(HT>F?  
;{~F7:i  
d/OIc){tD  
!&Q3>8l  
&p$SFH?s  
7. 指定区域填充因子的仿真 s:/.:e_PU  
^50/.Z>  
 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。 (UV+/[,  
 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。 b
MD'teJ  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Yn}_"FO'  
 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)。 G K @]61b  
'g
ojP  
EhybaRy;C  
8. 总结 ~Rcd  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 m!:7ur:Y  
J7.bFW'  
第1步 6mBX{-Z[  
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。 ~&~%qu  
&hba{!`y  
第2步 tGd<{nF%2  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 r<O^uz?Di  
扩展阅读 xIrpGLPSh  
扩展阅读 +c\s%Gzrh  
 开始视频 ZZE  
-    光路图介绍 -H`G6oMOO