[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

>FOCdlJ#  
应用示例简述 |k*bWuXgLs  
`4xQ#K.-  
1. 系统细节 uyk;]EYjHZ  
 光源 =6:9y}~  
— 高斯光束 ^(C4Q?[2m  
 组件 2>k*9kyp  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 I)` +:+P  
 探测器 nyR<pnuC'  
— 视觉感知的仿真 `3VI9GmQ  
— 电磁场分布 \C>IVz<O  
 建模/设计 ~?aFc)  
— 场追迹： F5cNF5  
 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。 $},XRo&R  
>M{98NH  
2. 系统说明 NI,>$@{  
`|AH3v1  
D-C]0Jf3  
3. 模拟 & 设计结果 Un)Xe  
}F.k,2  
4. 总结 b?iPQ$NyQ  
jG{?>^
 
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ;DnUeE8  
e }C,)  
第1步 U@yhFj_y  
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。 *`w>\},su  
B%Qo6*b  
第2步 :^{KY(3  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 0H4|}+e  
H#YI7l2  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ySiZ@i4  
r`Fs"n#^-4  
应用示例详细内容 oVHe<zE.  
l%mp49<  
系统参数 sj/k';#
g  
iOv>g-t:  
1. 该应用实例的内容 6g#yzex  
&W<9#RPK'  
FywX  
2. 设计&仿真任务 L#a!fd  
P~!,"rY  
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。 )ej1)RU"  
.J @mpJdY  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ESoC7d&.K{  
x5PM]~"p  
@UdF6:T  
4. 参数：SLM像素阵列 3D@3jyo:  
7
\g#'#K  
%?+Lkj&  
5. 参数：SLM像素阵列 7n8
4`|=  
s Adb0 A  
T'l
ycc4~a  
应用示例详细内容 cjGN=|`u  
C"5P7F{  
仿真&结果 Ue;Z)}  
a;; Es  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM @?]>4+Oa0  
 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)。 Y$,~"$su|  
 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。 >JA-G@3i  
MRo_A
n+  
2. VirtualLab的SLM模块 Z5U\>7@&8  

ZZHQ?p-  
kUGFg{"  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 *rxYal4ad  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 H-e$~vEbP  
2o[ceEg  
3. SLM的光学功能 ~};q/-[r  
DEkv,e  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 =w!9:I&a0  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 R87@
.  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 U&*%KPy`  
5/U{b5  
:'q$emtY  
SzeY?04zj:  
9:xs)t- _  
 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。 %o\+R0K  
Mby4(M+&n  
-\%5aXr  
}zkF
l{/u  
s"$K2k;J  
4. 对比：光栅的光学功能 6/g 82kqpk  
 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。 `w4'DB-R)  
 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。 ,S(Z\[x0  
 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)。 ^A\(M%*F  
 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。 UB>BVBCt  
 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。 9o?\*{'KT  
4IY|<  
3]}RjOTU  
i-wWbZ-  
%{V7|Azt  
5. 有间隔SLM的光学功能 4DL2 A;T  
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。 nW\W<[O9  
GJS(  
{!?M!/d  
v/~&n  
'ks .TS&  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 s%vy^x29  
jd5kkX8=  
.
dxELSV  
6. 减少计算工作量 oy[ px9Wx  
E^{!B]/oP  
采样要求： :YkAp9civ  
 至少1个点的间隔(每边)。 92D~trn  
 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。 eYkg4O'  
tZg)VJQys  
采样要求： H13\8Te{  
 同样，至少1个点的间隔。 )OQ<H.X  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 s]A8C^;c  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 sHPeAa22  
6,~1^g*  
 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。 hHDLrr
  
 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。 rxy5Nrue  
 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)。  >PQ?|Uk  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 g;[t1
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F_rC[  
0/!0W%f[}  
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7. 指定区域填充因子的仿真 !z2xm3s{]p  
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 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。 5efN5Kt  
 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。 0SIUp/.  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 !.pcldx  
 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)。 b *0uxvLu  
v,~fG
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"szJ[ _B  
8. 总结 ",Mrdxn7  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Ets6tM`  
EX, {1^h  
第1步 &IRM<A!8  
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。 ;0?OBUDO  
Ml?KnSb  
第2步  ZpBP#Y*  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 *D[yA  
扩展阅读 ^liW*F"UY  
扩展阅读 3q@JhB  
 开始视频 c(5XT[Tw  
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