[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

@<,YUp,%S  
应用示例简述 ^L"ENsOs  
65||]
l  
1. 系统细节 7\nR'MOZ  
 光源 aokV'6  
— 高斯光束 ~s4o1^6L  
 组件 Vp j[)W%L  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 .1#G*A|  
 探测器 S@[B?sNj  
— 视觉感知的仿真 0; BX  
— 电磁场分布 na,i(m?l  
 建模/设计 (D1$&  
— 场追迹： uA~T.b\  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 1}Mdo&:t  
QssU\@/Q  
2. 系统说明 lbUUf}   
Xah-*]ET  
?f'iS#XL  
3. 模拟 & 设计结果 E/IoYuB  
(>a8h~Na  
4. 总结 Vnvfu!>(  
z3l(4WP  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 VS ?npH  
S?K x:]  
第1步 2SV}mK U  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 sm9/sX!  
rf=ndjrH  
第2步 #[$zbZ(I>:  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 dDxb}dx8  
Is1(]^EE*  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 k=M_2T'  
|rr<4>)X  
应用示例详细内容 0LD$"0v/C3  
8o%g2 P9.  
系统参数 Um2RLM%  
w8iXuRv  
1. 该应用实例的内容 |zCT~#  
" .<>(bE  
}8&?  
2. 设计&仿真任务 W:hg*0z-*  
h#JX$9  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 T:!f_mu|  
wS+ekt5  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 8_:j.(n  
?ytY8`PC  
GJTakhj3  
4. 参数：SLM像素阵列 f(UB$^4  
Bk2j|7  
.Q5zmaA]  
5. 参数：SLM像素阵列 ^Gwpx+  
x^~@`]TV^  
des.TSZ  
应用示例详细内容
'PWX19  
O<()T6  
仿真&结果 8T5W6Zs1  
Zdy{e|-Zn  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM +%=lu14G  
 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)。 /
{>_'0  
 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。 noZ!j>f{@l  
9Yhlq$;g  
2. VirtualLab的SLM模块 *-X`^R  

A_g\Fa[jG  
.2V?G]u  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 66{Dyn7J~  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 w0PAtu  
FBeo@  
3. SLM的光学功能 QB"+B]rV  
y<kg;-& 8  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 :"'*1S*  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 }CM#
jN?(  
 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。 E<'V6T9bi  
n{(,r'  
%^l&:\ hy  
>Z>sR0s7  
&2r[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。 /h 4rW>8D2  
J"K(nKXO_?  
v >cPr(  
0[p"8+x  
i,2eoM)FB  
4. 对比：光栅的光学功能 xy-Vw"I[bh  
 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。 y ~Fi  
 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。 63QF1*gPH  
 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)。 d^8n  
 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。 p\Fxt1Y@X  
 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。 1[!7xA0j  
"gt1pf~y  
pGr4b:N  
qWS"I+o,S  
XB]>Z)  
5. 有间隔SLM的光学功能 +zK?1llt  
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。 G +AP."M?  
T1%}H3  
(9b%'@A@m  
.\:MB7p  
mV+9*or  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 n. vrq-  
HX ,\a`  
S~)_=4Z  
6. 减少计算工作量 Jp= )L  
4'td6F  
采样要求： Gd$!xN%O  
 至少1个点的间隔(每边)。 'uF-}_ |  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 7a=ul:  
O$N;a9g  
采样要求： 6}~k4;'}A  
 同样，至少1个点的间隔。 smn~p/u  
 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'm<}"1  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 4*inN~cU  
{`-AIlH(  
 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。 QEMT'Cs
 
 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。 E)wf
'x  
 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)。 U.h2 (-p  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 9|Ylv:sR  
MNp4=R  
KK{_s=t%<  
,v`03?8l(  
R~eLEjezm  
7. 指定区域填充因子的仿真 =)Fb&h]G^  
tx)$4v  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 7{7Y[F0  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 EPR85[k  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 3,2$Ny3N  
 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)。 x-W~&`UU  
q*tGlM@R?  
%3AE2"  
8. 总结 Y
[_|sIy*  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 s {^wr6B  
e\^}PU  
第1步 1Kr$JIcd  
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+2A>:|  
^q#[oO  
第2步 H=w):kL|  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 A{M7   
扩展阅读 d R=0K  
扩展阅读
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 开始视频 `M{Ne:J  
-    光路图介绍 bsr]Z&9rrk