[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

(STx$cya  
应用示例简述 bEI!Ja  
[W;[v<E;  
1. 系统细节 n)RM
+g  
 光源 KB[QZ`"%!  
— 高斯光束 0>@[o8  
 组件 GY-M.|%  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 {Hk/1KG>  
 探测器 vr4S9`,  
— 视觉感知的仿真 ] .5OX84  
— 电磁场分布 - _t&+5]  
 建模/设计 WQKj]:qk0  
— 场追迹： ZqK]jT6V/X  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。  AP w6  
 `{}@@]  
2. 系统说明 lRND  
(oYW]c}G,  
\_U*t!  
3. 模拟 & 设计结果 ik\S88|  
Pfan7fq+  
4. 总结 1JeJxzv>C  
3dm'xetM  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 p+<}Y
DMb  
<'2u a  
第1步 jVYH;B%%z  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 @]?R2bI  
#U@| J}a  
第2步 aD|Yo  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 D9o*8h2$  
Ub)M*Cq0(o  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 o](.368+4  
*P xf#X  
应用示例详细内容 ~6d5zI4\  
XKSX#cia  
系统参数 * nCx[  
, N 344y  
1. 该应用实例的内容 q[c Etp28h  
v}P!HczmMP  
v<&v]!nF  
2. 设计&仿真任务 X9~p4ys9{  
8 u:2,l  
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。 oAz<G  
v{koKQ'Y()  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 v[L[A3`"/  
U~/ID  
v#Upw\!  
4. 参数：SLM像素阵列 \h#9oPy  
Qlh?
iA  
m6MaX}&zv  
5. 参数：SLM像素阵列 -u~eZ?(!Ye  
^Y 7U1I  
\ V?I+Gc  
应用示例详细内容 %?dE{ir  
<Uwwux<v  
仿真&结果 )X%oXc&C|  
0jTMZ<&zZ  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM a8QfkOe  
 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)。 bA*"ei+!  
 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。 5/(sjMB  
4Py3
I9  
2. VirtualLab的SLM模块 sam[s4@eQ  

!I7?  
})7K S?  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 61,O%lV  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 !NA`g7'  
<<<NXsH  
3. SLM的光学功能 ?*+1~m>  
NWnWk  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 +XQPjg  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 {u4i*udG`)  
 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。 dEET}s\  
4if\5P:j  
d?}hCo=/Xq  
`oXg<tivU  
^O \q3HA_4  
 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。 8]]@S"ZM,\  
=mLeMk/7 w  
_yJ|`g]U3  
GhiHA9.  
^'YHJEK  
4. 对比：光栅的光学功能 !ew6 n I  
 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。 8<
c'x]~  
 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。 $eMK{:$O  
 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)。 )Y8qWJU  
 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。 &Ea"hd  
 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。 k.Gl4 x  
Gym#b{#":  
g
-|Kyhr?=  
tNB%eb{  
kyu2)L2u  
5. 有间隔SLM的光学功能 /N%zwj/*  
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。 pJ6Jx(  
C(U  
-)>(8f  
O
$U}d-Xnx  
"u5KbJW  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 xyvND  
Q[jI=$Q
)  
;t~*F#p(!  
6. 减少计算工作量 h,~tXj  
XD 5n]AL  
采样要求： Nuo^+z E  
 至少1个点的间隔(每边)。 ajGcKyj8i  
 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。 nfa_8  
1]Lhk?4t  
采样要求： y,V6h*x2  
 同样，至少1个点的间隔。 ]2PQ X4t0  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 V07VwVD  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 wePI*."]  
R~$hWu}}  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 Ej{+U  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 ]d^k4 d  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 \Vz,wy%-  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 pbPz$Y  
FN>L7 *,0  
7oD y7nV4  
^K"ZJ6?+1  
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kj2/O  
7. 指定区域填充因子的仿真 %uj[`  
&jt02+Hj'  
 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。 X:U=MWc>  
 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。 Q7L)f71i  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 3Fgz)*Gu]  
 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)。 o>.AdZby  
)=y.^@UT@  
vUqe.?5  
8. 总结 `t%|.=R  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 lQh~Q<[ge  
`|&\e_"DE  
第1步 gji*Wq  
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。 q?(A!1(u  
:MK:TJV  
第2步 >B`Cch/'U  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 g ,`F<CF9  
扩展阅读 &<`-:x12_  
扩展阅读 1]Gf)|  
 开始视频 5[nmP95YK  
-    光路图介绍 JaA&eT|