[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

Wm$(b2t  
应用示例简述 {I+
  
rTYDa3  
1. 系统细节 r2H \B,_  
 光源 2*Hw6@Jj  
— 高斯光束 a3e<<<Z>R  
 组件 \PU3{_G]  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 R+k-mbvnt  
 探测器 BoZ])Y6=  
— 视觉感知的仿真 o:B?gDM  
— 电磁场分布 gXN#<g,:^  
 建模/设计 V{@ xhW0  
— 场追迹： $~vy,^  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 Ug02G  
c=]qUhnH  
2. 系统说明 uqwB`<>KJ  
N p9N
#m?  
>ch{u{i6  
3. 模拟 & 设计结果 7^,C=2  
ktLXL;~X  
4. 总结 +^tq?PfE  
Y)^qF)v,d  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 >yFEUD:  
d2lOx|jt  
第1步 M,@\*qlEJ  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 H?98^y7  
n B4)%  
第2步 S!Ue+jW  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 sW!p
Mkd_  
\hN\px  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 i0DYdUj  
7uG@hL
36  
应用示例详细内容 x)0g31 49  
csE 9N
s  
系统参数 "+3p??h%Rq  
'U ',9  
1. 该应用实例的内容 9Axk-c  
YSwAu,$jf  
A5-y+  
2. 设计&仿真任务 02E-|p;  
jv7-i'I@  
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。 =g4^tIYq  
, f9V`Pz)  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 *0]E4]ZO  
,9<}V;(  
kG_ K&,;@  
4. 参数：SLM像素阵列 Ug>yTc_(7  
^2E\{$J
 
T|^rFaA  
5. 参数：SLM像素阵列 ^$qr6+  
:e>y= s>  
lJ.:5$2H  
应用示例详细内容 e3w4@V`  
m[ *)sm  
仿真&结果 h(]aP<49L  
4cJ7W_ >i6  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM H59}d oKH  
 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)。 +c4]}9f!  
 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。 *y[i~{7:  
}~pT saw  
2. VirtualLab的SLM模块 q<(yNqMKP  

~]f+  
kKr|PFz  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 QA?e2kd  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 #4S">u  
rX*4$d0  
3. SLM的光学功能 ipU,.@~#  
,!+>/RlJ
 
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 4_qd5K+n"  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 *,qW9z  
 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。 `Wq4k>J}*  
4i0~t~vDpr  
2)}ic2]pn  
lM ]n  

Xv;} !z  
 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。 Ny|2Fcs  
S9kagiFX\  
0'u2xe  

t\44 Pu%  
~lO^C  
4. 对比：光栅的光学功能 xo{3r\u?}  
 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。 dL;C4[(N  
 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。 oE:9}]N_  
 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)。 N8a+X|3]0  
 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。 Y1RiuJtL  
 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。 } :U'aa  
heQ<%NIA"  
A0{ !m  
={&}8VA  
dXr=&@1  
5. 有间隔SLM的光学功能 57r?`'#*  
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。 r #H(kJu,  
^M?O  
iW.4'9  
s5{N+O)~S  
hE
.NW  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ["l1\YCi  
g+>$_s  
Fy1@B(V%  
6. 减少计算工作量 L"|4 v  
9MfBsp}c  
采样要求： 7/*Q?ic  
 至少1个点的间隔(每边)。 vbT"}+^Sh  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 |+Gv)Rvp  
xj6ht/qq  
采样要求： G#{ Xd6L  
 同样，至少1个点的间隔。 wX(h]X"q  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 E-Z6qZ^  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 i=b<Mz7|  
E/x2LYH  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 T)%34gN  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 _86pbr9  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 Pl|e?Np  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ;O7CahdF  
s^5KFK1  
?-"xP'#  
Y=RdxCCx4  
&Xr@nt0H  
7. 指定区域填充因子的仿真 0*?/s\>PS;  
n_G< /8  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 &?~OV:r9  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 l| 1O9I0Gd  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 *}BaO*
A  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 QwaCaYoh  
tqI]S X  
w!$|IC  
8. 总结 S $wx>715  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 5sbMp;ZM  
l2>ka~  
第1步 B8Ob~?  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 g3B zi6$m  
M%dJqwH5{
 
第2步 1pe eecE  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ?m&?BsW$)  
扩展阅读 4F_*,
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扩展阅读 j$Tto
o  
 开始视频 T KpX]H`  
-    光路图介绍 6=V&3|"