[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

3fop.%(  
应用示例简述 7w0=i Z>K  
giN(wPgYP  
1. 系统细节 uMC0XE|S  
 光源 5'0kf7  
— 高斯光束 A_6Dol=J@  
 组件 O_
SM!!,  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 D>wo>,G  
 探测器 ?H!X p  
— 视觉感知的仿真 Ga*  
— 电磁场分布 LGCeYXic  
 建模/设计 N
L ceBok  
— 场追迹： cja-MljD  
 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{| |Ig  
wi:d!,P`e  
2. 系统说明 g{7?#.7  
C2%Yry  
pq5bK0NQ  
3. 模拟 & 设计结果 abV,]x&.0  
'ka"0~:NS{  
4. 总结 Y9(BxDP_+Y  
D <Fl7QAb  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 5g4c1K  
(b1rd  
第1步 
,!^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。 :Z5kiEwYM  
~U4;YlQP  
第2步 R2[ }  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 tbi(e49S  
'seuO!5  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 [WunA,IuR  
6HR*)*>z_  
应用示例详细内容 YpbJoHiSH  
Hkj| e6  
系统参数 ;W#/;C _h  
o Bp.|8-  
1. 该应用实例的内容 Tb]'  b  
S4X['0rX!  
4>[tjz.?k  
2. 设计&仿真任务 qv+}|+aL:  
X1h*.reFAL  
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。 fm,:8%  
qS2]|7q?Tc  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 @Cd}1OT)  
%O&C\{J  
v&ZI<Xt+  
4. 参数：SLM像素阵列 E;x~[MA  
d`Em)3v  
QWxl$%`89<  
5. 参数：SLM像素阵列 6NqLo^ "g  
2$%0~Z5  
!HHbd|B_  
应用示例详细内容 gIXc-=Ut  
38q0iAH  
仿真&结果 O0<GFL$)&  
su]ywVoRT  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM (vf5qF^  
 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)。 5B=Wnau  
 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。 TMQu'<?V  
?rH=<#@  
2. VirtualLab的SLM模块 a'|Dm7'4t  

1&
}^{ Ys  
}GTy{Y*&  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 KbV%8nx!!  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 /waZ9  
ui6B  
3. SLM的光学功能 V/-~L]G  
IsCJdgG  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 
P1l@K2r  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 8m"5J-uIi  
 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。 g
BG.3\[  
#TSLgV'U  
6.'+y1yS)  
RsDI7v  
-0doL^A  
 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。 NeyGIEP  
WH$ Ls('  
7u^6`P  
w8g36v*+(u  
$bKa"T*  
4. 对比：光栅的光学功能 |"Oazll  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 2={ g'k(  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 Kn9,N@bU_  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 a[8_O-  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 8)k.lPoo.  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 ptuW}"F  
@*O(dw  
%t
zz3Y  
c$'Uf
W  
yx}Z:t  
5. 有间隔SLM的光学功能 Ic/<jFZXM  
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。 K~WwV8c9;  
 U\~[  
hTn }AsfLY  
y6?Q5x9M  
c(AjM9s  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 /a
Jl0GL4!  
i9)y|  
`czXjZE  
6. 减少计算工作量 %GS)9{T&  
MU&5&)m  
采样要求： Ec6{?\  
 至少1个点的间隔(每边)。 1|cmmUM-'v  
 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。 Gf'V68,l$  
]@ [=FK^  
采样要求： ^J~}KOH  
 同样，至少1个点的间隔。 Qzh:*O  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 6<t\KMd  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 1 )j%]zd2  
j`'=K_+nU  
 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。 W#y)ukRv  
 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。 D0k7)\puQ  
 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)。 +TAm9eDNV  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ]@?3,N  
($W9 ?
  
km<~Hw>Z  
xHr  
3nK'yC  
7. 指定区域填充因子的仿真 >uJrq""+  
"3j0)  
 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。 FJL9
x,%6  
 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。 I@L-%#@R1  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 $~~=SOd0  
 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)。 \K?./*  
LL6f40hC  
cW GU?cv}  
8. 总结 ln=zGX.e  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 yMSRUQ x  
$uLzC
]  
第1步 ci^-0l_O  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 oC[wYUDg  
&1':s|c  
第2步 9wb$_j]F`#  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Ixec]UOS  
扩展阅读 #uXOyiE  
扩展阅读 D@JHi
'F  
 开始视频 Om1z  
-    光路图介绍  +NXj/