[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

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应用示例简述 R|Y)ow51  
gZ:)l@ Wu  
1. 系统细节 db4Ol=  
 光源 Bx;bc  
— 高斯光束 tvZpm@1  
 组件 g;Bq#/w  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 BHqJ~2&FDW  
 探测器 H"6:!;9,  
— 视觉感知的仿真 ewD6
1Y8-  
— 电磁场分布 + ,0RrD )  
 建模/设计 yi
n"+&<T  
— 场追迹： (yn!~El3  
 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。 Xfk&{zO-j  

D:M0_4S  
2. 系统说明 =]E;wWC  
mbU[fHyV  
DO(FG-R  
3. 模拟 & 设计结果 s9zdg"c'  
USfOc  
4. 总结 E:L =>}  
-(@dMY  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 K'7i$bl%  
Kmk<  
第1步 o0_RU<bWN  
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。 #P<v[O/rA  
Hi|'  
第2步 esWgYAc3{  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 FX4](oM  
+(QGlRd  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 M n3cIGL  
hT#[[md"  
应用示例详细内容 }2-{4JIq}  
48Z{wV,  
系统参数 [wi "
 
;XRLp:y  
1. 该应用实例的内容 fOF02WP^  
T1LtO O  
-6aGcPq  
2. 设计&仿真任务 8J7xs6@  

9Ld3  
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。 0,{Dw9W:  
xzbyar<  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 4hr;k0sD  
Q_x/e|sd  
YR=<xn;m.  
4. 参数：SLM像素阵列 n'U*8ID  
AM#VRRTU  
&NL=Bd  
5. 参数：SLM像素阵列  +,gI|  
@
q}.BcSg  
T4F}MVK  
应用示例详细内容 Ky[/7S5E  
(&=-o(  
仿真&结果 Eo!1 WRruF  
TwqyQ49  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 4w}\2&=  
 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)。 .R#p<"$I  
 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。 ~ b!mKyrZ  
MMN2X
xS  
2. VirtualLab的SLM模块 @(,k%84z  

hCD0Zel  
;$wS<zp6  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 \f}S Hh  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 &jT>)MXPu  
R#"kh/M  
3. SLM的光学功能 A|,\}9)4X[  
>2_BL5<S  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 y{0`+/\`  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 |CexP^;!U  
 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。 5wmH3g#0  
rUvqAfE&+  
u-=S_e  
G|Yw a=  
d+[y
W7%J  
 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。 $]<CC`  
tKjPLi71  
3;zJ\a.+  
-v'7;L0K  
mL?9AxO  
4. 对比：光栅的光学功能 >_!pg<{,  
 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。 ClCb.Ozj4  
 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。 @NWjYHM[`  
 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)。 E ~<SEA  
 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。 ;nyV)+t+a  
 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。 s#/JMvQ#  
QXY-?0RO#  
#oSQWC=T  
G"T)+!6t  
PspH[db  
5. 有间隔SLM的光学功能 A,ttn5Sh?  
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。 6;60}y  
'S@%  
@>,3l;\Zh  
-==@7*x!Z  
8>RGmue
 
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Q#wASd.  
.Qg!_C  
z9}rT<hy  
6. 减少计算工作量 ;{ u{FL  
iT1"Le/N  
采样要求： PX65Z|~>_  
 至少1个点的间隔(每边)。 <6Q]FH!6  
 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。 "#z4  
)tl=tH/$  
采样要求： {";5n7<<)  
 同样，至少1个点的间隔。 y:WRpCZoa  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 6^F"np{w  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 &Y%Kr`.h  
X+)68  
 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。 -sm{Hpf_b  
 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。 W?mn8Y;{`  
 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)。 58,_  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 5Al59]  
lBqu}88q0  
H_sLviYLu  
mVfg+d(  
M,"4r^%k  
7. 指定区域填充因子的仿真  *>ju1f  
'uBXSP#  
 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。 D{'x7!5r  
 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。 `~vqu69MF9  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Un@B D}@\  
 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)。 %Ez%pT0TQ#  
e.hHpjWi?Z  
an={h,  
8. 总结 !;.i#c_u  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 xfCq;?MupW  
^Crl~~Gk`  
第1步  /s.sW l  
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。 dFD0l?0N  
hPF9y@lh  
第2步 $]|fjB#D  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 SoeL_#+^W  
扩展阅读 ke_Dd?  
扩展阅读 I$xfCu  
 开始视频 P$S>=*`n U  
-    光路图介绍 2c@4<kyfP