[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

{{<o1{_H  
应用示例简述 gE$dz#t.  
T`WFY  
1. 系统细节 q_ 5xsTlTR  
 光源 kYR&t}jlCg  
— 高斯光束 sxsM%Gb?H  
 组件 Ws1<Jt3/."  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 %@r
h\Z  
 探测器 {) .=G  
— 视觉感知的仿真 J'7){C"G$  
— 电磁场分布 ucA6s:!={  
 建模/设计 e=F' O] 5  
— 场追迹： "0/OpT7h7  
 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。 O%+:fJz6wI  
o#+!H!C.O  
2. 系统说明 Nq9(O#}  
|]`+@K,S  
@:c
 1+  
3. 模拟 & 设计结果 1DLQZq  
zJx<]=]  
4. 总结 Xbu >8d?n  
c9'#G>&h~^  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 >2v_fw  
+"p",Z  
第1步 9(@bjL465  
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_]"L
 
MK"Yt<e(o  
第2步 p@Qzg /X  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Gu%`__  
@FbzKHd
V/  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 \Xkx`C  
kv'n W  
应用示例详细内容 i;\i4MT  
VK
NCK  
系统参数 .z{7 rH  
8XY4  
1. 该应用实例的内容 Z v~ A9bB  
d-?~O~qD|!  
o?%x!m>  
2. 设计&仿真任务 2'x_zMV  
yk#:.5H  
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。 .<j8>1  
TIvLY5 HG  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 '17=1\Ss6;  
B@s\>QMm  
vfo[<"  
4. 参数：SLM像素阵列 `b] NB^/  
NuP@eeF>,  
8l}|.Q#--  
5. 参数：SLM像素阵列 0<s)xaN>Y  
=W4cWG?+  
2`Pk@,:_  
应用示例详细内容 o%|1D'f^  
t4JGd)r  
仿真&结果 :]//{HF  
gF%ad=xm  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM -jyD!(  
 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)。
A2vOI8  
 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。 j&&^PH9ZY  
nY*OD
L  
2. VirtualLab的SLM模块 *3k~%RM%?  

V3`*LU  
PD$'xY|1=  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 cX&c%~  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 =-:o?&64  
PNKmI
 
3. SLM的光学功能 1/{:}9Z@  
cKxJeM07  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 RSnK`N\9jb  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ("TI~  
 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。 '!Sj]+  
HK-?<$Yc  
&=/.$i-w$  
6#K_Rg>.  
SMhT>dB  
 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。 .CYq+^  
U .rH,`  
x7*}4>|W,I  
,sc>~B@Q  
*U]f6Q<X  
4. 对比：光栅的光学功能 '2 )d9_ w  
 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。 62zlO{ >rJ  
 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。 3oIoQj+D  
 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)。 b"zq3$6*  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 j[z\p~^  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 .O,gl$y}  
fkI<RgM  
gz88$BT  
T|}HK]QOX  
bWyXDsr+  
5. 有间隔SLM的光学功能 ;WzT"yW)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。 S\f^y8*<  
jt]+(sx  
b&e? 6h^G  
~pw_*AN  
,fNiZ  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 rLVAI#ci=  
u )ld  
?ph"|LyL  
6. 减少计算工作量 ^]v}AEcmW  
Jsw<,uTD  
采样要求： IGp-`%9
 
 至少1个点的间隔(每边)。 `
n_ Z  
 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。 `^6}Dn  
/TB_4{  
采样要求： `=\G>#p<T  
 同样，至少1个点的间隔。 w|M?t{  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Ii K&v<(]  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 d- ]%  
VVf~
ULZ-  
 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。 [oYe/<3  
 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。 g%+nMjif  
 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)。 'LX=yL]I  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 <n#JOjHV  
|M0TG  
mtF&Z\ag  
7N""w5  
[Y:HVr,  
7. 指定区域填充因子的仿真 L@+j8[3BX  
foN;Q1?lS  
 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。 K@d`jb4T  
 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。 )pzXC  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 H)4Rs~;{'g  
 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)。 omY?`(=  
;DGWUK.U[H  
Y>z(F\  
8. 总结 > Euput\  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 J6Kfz~%  
WpvH} l r}  
第1步 x~(Ul\EX  
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。 Llzowlfe  
A7sej  
第2步 0m@S+$v  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 .a^/r'?  
扩展阅读 rDSt ~l  
扩展阅读 L,:U _\HQ  
 开始视频 *}0Q S@FN  
-    光路图介绍 hgh1G7A&