[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

"2Js[uf  
应用示例简述 BU]9eF!>h  
'Kp|\Tr  
1. 系统细节 pZ OVD%  
 光源
~wh8)rm  
— 高斯光束 ~cU,3g  
 组件 |Z#)1K  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 *kZJ  
 探测器 [4PG_k[uTJ  
— 视觉感知的仿真 k<8:  
— 电磁场分布 +%
'0;  
 建模/设计 mZMLDs:  
— 场追迹： qhLe[[>  
 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。 EDL<J1%  
f<0-'fGJd  
2. 系统说明 e,:@c3I  
+#'exgGU^[  
?6tuo:gP  
3. 模拟 & 设计结果 1fEV^5I  
lq1pgM?Kf  
4. 总结 is#?O5:2  
kmo3<'
j{  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Z78&IbR  
?}B_'NZ%  
第1步 oAvL?2  
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。 LT:KZ|U9  
O_KL#xo  
第2步 a8A8?
:  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 b.j\=c  
]#+fQR$!  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ]U'KYrh  
1mf|:2,  
应用示例详细内容 oy/#,R_n%  
 Ur]5AJ  
系统参数 )jCAfdnCs  
YX@[z 5*  
1. 该应用实例的内容 YuLW]Q?v  
@Je{;1  
g%[lUxL  
2. 设计&仿真任务 TpZ)v.w~l7  
J"I{0>@  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 fu\M2
"e  
Q]IpHNt[>  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 U,aV{qz  
NWb,$/7T  
)6IO)P/Q~  
4. 参数：SLM像素阵列 NWv1g{M  
LGRX@nF#  
~H)bvN^  
5. 参数：SLM像素阵列 M2vYOg`t:c  
Z`q?pE>R  
F4Z+)'oDr,  
应用示例详细内容 CbI[K|  
dM#\h*:=  
仿真&结果 ?w /tq!  
X;ijCZb3b  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM F7cv`i?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)。 wGLZzqgq  
 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。 p>65(&N,  
vSPkm)O0)  
2. VirtualLab的SLM模块 V\X.AGc  

@<AyCaU`.  
&*[T
 
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 VmV/~-<Z  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 Xxp<qIEm  
trtI^^/%  
3. SLM的光学功能 GC#3{71  
5?%(j!p5  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 v#nYH?+~mJ  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 E3;[*ve  
 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。 ~.yt  
JEs?Rm1^.  
MU%C_d%.  
\ec,=7S<Zf  
Th'6z#h:U  
 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。 YYZE-{ %  
Fl<BCJY  
%R-"5?eTtu  
|*i0h`a  
.KXpB7:  
4. 对比：光栅的光学功能 '-S^z"ZrI  
 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。 yA \C3r'
 
 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。 50Pz+:  
 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)。 !imm17XQ\  
 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。 yzgDdAM  
 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。 shjS^CP  
ORyFE:p$  
_;L9&>!p6  
/mo
4Q?^  
$ R,7#7bG  
5. 有间隔SLM的光学功能 '8}*erAg  
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。 9JJ(KY  
qOqQt=ObU  
' DCrSa>  
m9a(f>C  
A +e ={-*  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 !#5RP5,,Y  

w8%<O^wN,  
BXnSkT7  
6. 减少计算工作量 aS-rRL|\L  
gH(,>}{^K  
采样要求： `Q' 0
l},  
 至少1个点的间隔(每边)。 /{."*jK  
 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。 #t>w)`bA
-  
LIT{rR#8  
采样要求： B|/=E470G  
 同样，至少1个点的间隔。 r**u=q%p  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 N3!x7J7A  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 &S>m+m'  
`lRZQ:27X  
 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。 ?MHVkGD  
 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。 FrIguk1  
 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)。 ;*{y!pgb  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 T&H[JQ/h  
qfd/t<?|D  
U^-:qT;CX  
4@&8jZ)a  
ypSW9n  
7. 指定区域填充因子的仿真 }*4XwUM e  
jSsbLa@  
 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。 CE=&ZHt9  
 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。 }S\\"SBC  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 vUk <z*  
 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)。 Gc^w,n[E  
PO%Z.ol9  
zYvf}L&]h  
8. 总结 O-[lL"T  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Eaf6rjD  
&^=6W3RD  
第1步 f"\G"2C  
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。 jQxv`H  
$!h21  
第2步 bS=aFl#  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 JS]6jUB<B  
扩展阅读 ]?whx&+  
扩展阅读 ]vo&NE  
 开始视频 J!b v17H"  
-    光路图介绍 -r)Q|U