[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

,A_itRHH  
应用示例简述 Q:tW LVE#0  
G*Qk9bk9  
1. 系统细节 yzXwxi1#  
 光源 qxE~Moht  
— 高斯光束 >6(nW:I0y  
 组件 *USZ2|i  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 haB$W 4x  
 探测器 Kx#G_N@  
— 视觉感知的仿真 Km-lWreTH  
— 电磁场分布 e}7qZ^  
 建模/设计 h/PWi<R i  
— 场追迹： T|oz_c\e  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 R1?g6. Mq  
p2tBF98  
2. 系统说明 ]%G[<zD,1  
6nxf<1  
F*hs3b0Db  
3. 模拟 & 设计结果 dB< \X.   
!+CRS9\D  
4. 总结 wgI$'tI  
E]"ePdZZ/  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 9e.n1  
5P+
3D{  
第1步 XPb7gd"%W  
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。 :m-HHWMN  
?6~RGg  
第2步 #y2="$V  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 /ptIxe  
<gJ|Wee  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Y#C=ku  
+5 @8't  
应用示例详细内容 d0IHl!X  
9KD2C>d<  
系统参数 O{LWQ"@y  
L +-B,466  
1. 该应用实例的内容 O!uX:TE|Q  
o^_z+JFwb  
TQYud'u/  
2. 设计&仿真任务 8h-6;x^^  
9/q4]%`  
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。 kXv -B-wOj  
Jg|
/*Or  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 q'{E $V)E  
RIb< 7  
;nSaZ$`5  
4. 参数：SLM像素阵列 .(nq"&u-*  
v5 $"v?PT  
@ttcFX1:W  
5. 参数：SLM像素阵列 8V^gOUF.  
efRa|7!HK  
I)9;4lix  
应用示例详细内容 sj
Yg  
A5B 5pJ  
仿真&结果 ~ia#=|1}  
<86upS6  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM JrS/"QSA  
 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)。 3v5]L3  
 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。 !dSY?1>U<  
vpTS>!i  
2. VirtualLab的SLM模块 ]D%D:>9|/  

Y KeOH  
xOPSw|!w
 
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 0t6s20*q  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 $OmcEd  
0.bmVN<  
3. SLM的光学功能 6e
/2X<O  
Nl PP|=o  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 xw]Zo<F  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 \Qz>us=G  
 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。 NTls64AS.  
qEX59v  
P[aB}<1f0  
1,9RfYV  
jHTaG%oh  
 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。 9akCvY#Q  

`L7 cS  
XOVZ'V  
"kVN|Do  
5qR76iH)/  
4. 对比：光栅的光学功能 OJQ7nChMm  
 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。 q$~S?X5\  
 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。 ;m{[9i`2  
 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)。 "EQ}xj  
 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。 r]
" >  
 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。 |4x&f!%m  
VqbMFr<k  
Su-LZ'C\  
fh:=ja?bM3  
L&
q~5 9  
5. 有间隔SLM的光学功能 ;@ %~eIlu  
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。 31<hn+pE&  
R qOEQ*k  
yV=hi?f-[V  
_Ev"/%  
;x|4Tm  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 W^P%k:anK  
qm@c[b  
GcHWalm  
6. 减少计算工作量 %t:1)]2  
&=K
-~!?  
采样要求： x!]ZVl]  
 至少1个点的间隔(每边)。 SDcD(G  
 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。 %pe7[/

  
G2 xYa$&][  
采样要求： ]J?5qR:xCy  
 同样，至少1个点的间隔。 q
yQPR  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Eki7bT@/  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ,t(y~Z wJ  
BY32)8SH  
 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。 f+-w~cN  
 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。 S!up2OseW  
 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)。 gXc&uR0S  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 /,c9&it(M  
T->O5t c  
!>  
\Vr(P>  
2pxl!  
7. 指定区域填充因子的仿真 F#O.i,  
a:H}c9$%  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 u L/*,[}'  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 M I/9?B  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 *`=V"nXw$|  
 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)。 ZWh:&e(  
Zb<DgJ=3  
*.ZV.(  
8. 总结 X];a(7+2  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 d+ql@e]  
){L`hQ*=w  
第1步 oC^-" (#  
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。 ,hYUxh45  
/8Ca8Ju  
第2步 ! FhN(L[=j  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 HVh+Zk  
扩展阅读 Cq}LKiu  
扩展阅读 vAHJP$x  
 开始视频 <?2[]h:wp  
-    光路图介绍 I>C;$Lp]