[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

tX^6R  
应用示例简述 }TTghE!  
y.Z_\@  
1. 系统细节 hV@ N-u^  
 光源 -E}X`?WhD  
— 高斯光束 9^/Y7Wp/@  
 组件 e|k]te
  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 9dNB_  
 探测器 ]gBnzh.  
— 视觉感知的仿真 f\R_a/Us  
— 电磁场分布 !.UE}^TV  
 建模/设计 ST{Vi';}  
— 场追迹： utmJ>GWSI  
 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。 7^i7U-A<A  
{F<0e^*  
2. 系统说明 y]Nk^ga:U6  
JMB#KzvN[  
JU)^b V_  
3. 模拟 & 设计结果 uX-^9t  
a#]V|1*O  
4. 总结 KJ+6Y9b1  
T7nI/y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 [!)
HWgx  
L-(bw3Yr>  
第1步 xN*k&!1&  
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。 !yv>e7g^  
QD7KE6KP'  
第2步 K<^p~'f4P  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 $IQPB_:  
"s|P,*Xf  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 >N#Nz 0|(  
nT?+^Ruc  
应用示例详细内容 8y27O  
#QFz /6  
系统参数 gnH{_  
,ciX *F"  
1. 该应用实例的内容 iZG-ca  
Jt
O}i{A  
bse`Xfg  
2. 设计&仿真任务 T^4 dHG-(  
anSZWQ  
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。 l,J>[Q`<  
8gavcsVE[  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ;+DEU0|pe  
[yMSCCswW  
<TVJ
9l  
4. 参数：SLM像素阵列 }W^@mi  
ow'G&<0b  
@RPQ1da  
5. 参数：SLM像素阵列 {ENd]@N*  
;h1hz^Wq  
I3 "6"  
应用示例详细内容 poAJl;T  
l :{q I#Q  
仿真&结果 )5( jx  
r
Ql9SUs  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM !-)!UQ~|8  
 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)。 $9?:P}$v  
 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。 ueJ^Q,-t  
OH06{I>;  
2. VirtualLab的SLM模块 vu)EB!%[  

w4P;Z-Cd  
pyV`O[  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 !:xycLdfUp  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 <n,QSy#  
[s$x"Ex  
3. SLM的光学功能 __eB 7]#E  
%l8!p'a  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 @Y`Z3LiR$  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 qRaPh:Q'  
 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。 {XIpHr  
8Ygf@*9L4  
rGQD+ d  
.u\$wJ9Ai  
v)np.j0V7  
 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。 LCSvw  
Aa_@&e  
;:Z5Ft m  
+F q_w  
0\U*  
4. 对比：光栅的光学功能 Zj -#"Gm  
 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。 9n is8  
 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。 x"sbm  
 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)。 C[.Xi  
 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。 ^~N:lW#=  
 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。 H ~3.F  
L{VnsY V  
vv&< 7[  
 OLIMgc(W  
omg#[  
5. 有间隔SLM的光学功能 lusUmFm'*  
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。 Q3%]  
E[#VWM I  
Y!45Kio  
EVLL,x.~:z  
TrzAgNt  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 fZpi+I  
sN8pwRjb  
\]4EAKJE  
6. 减少计算工作量 =v^#MU{k?  
`Y.~eE  
采样要求： C)R hld  
 至少1个点的间隔(每边)。
S'^ q  
 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。 kJl^,q
 
ML'y`S  
采样要求： DzMg^
Kp  
 同样，至少1个点的间隔。 UUDHknm"  
 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),#_M  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 K"VcPDK  
uvJHkAi  
 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。 6)0.q|Q  
 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。 @gbW:  
 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)。 d)V8FX,t  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 4v/MZ:%C`  
T8Mqu`$r  
f8[O]MrO;  
Ph]b6  
3QBzyJWf  
7. 指定区域填充因子的仿真 .xwskzJ3  
6QA`u
*  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 AB\Ya4O"9  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 q++\<
\2  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 smfI+Z S"  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 *]HnFP  
aL[6}U0(}  
[u!n=ev  
8. 总结 
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考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 \~A qA!)6  
hsrf2Xw[  
第1步 izcaWt3 a  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 
TaD;_)(  
l3p :}A  
第2步 =q]!"yU[d  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 O=+$XPa|  
扩展阅读 o/7u7BQl2  
扩展阅读 d2Q*1Q@u  
 开始视频 q 0F6MAXj  
-    光路图介绍 }NyQ<,+mq&