[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

&Zo+F]3d  
应用示例简述 VYQ]?XF3i  
a@!O}f*  
1. 系统细节 dlMjy$/
T  
 光源 N"zl7.E  
— 高斯光束 <,JO  
 组件 ?8q4texf[  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 b\H,+|i
K  
 探测器 B
+2.:Zn6  
— 视觉感知的仿真 /Y[ b8f  
— 电磁场分布 /$j,p E=  
 建模/设计 (Vt5@25JW  
— 场追迹： \+<=O`  
 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。 3w+ +F@(  
G9CL}=lJ,  
2. 系统说明 0"iQHi  
8Y;2.Z`Rz  
5[P^O6'  
3. 模拟 & 设计结果 h@Ix9!?+  
Q;kl-upn~8  
4. 总结 AA}+37@2I  
X|y0pH:S  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _$KkSMA~_  
Kj:'Ei7  
第1步 4hW:c0  
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。 . Fm| $x  
aUKa+"`S  
第2步 'r}y{`3M  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 0&c<1;  
T^Hq 5Oy  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 0kaMYV?  
3vEwui-5  
应用示例详细内容 4r9AUmJqw  
E/_n}$Z  
系统参数 7+rroCr"  
'i 8`LPQ  
1. 该应用实例的内容 x/%/MFK)>8  
TrBtTqH)  
|j4;XaG)  
2. 设计&仿真任务 cK'}+  
R%Xz3Z&|  
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。 o>I,$=  
N^jr  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 c\rP"y|S};  
EH]qYF.  

&& WEBQ  
4. 参数：SLM像素阵列 b>nwX9Y/U  
@y,>cDg  
3*oZol/  
5. 参数：SLM像素阵列 ZJHaY09N  
o1[[!~8e  
LKst QP!I  
应用示例详细内容 [\=1|t5n~  
\Lm`jU(:l  
仿真&结果 8/-hODoT_  
H2CpZK'  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM (_fovV=  
 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)。 P@U2Q%\  
 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。 1c4:'0  
RF'&.RtVa  
2. VirtualLab的SLM模块 Pe`jNiI  

^-(DokdBn  
iT</  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 {%6g6?=j  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 G1wJ]ar  
24 RD  
3. SLM的光学功能 n"nfEA3{`  
HaQox.v%  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 P3TM5  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 6Z{(.'Be  
 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。 RT[E$H  
eqqnR.0  
'v5q/l  
yER  
MZ>Q Rf  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 BxB B](  
rf]x5%ij  
a&B@F]+  
t_\&LMD  
c;88Wb<|W  
4. 对比：光栅的光学功能 wM!dz&  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 ]aYuBoj  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 h/*@ML+bB8  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 ?B<.d8i  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 S(_DR8  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 1+qP7 3a^  
X5+$:jq&  
kT:?1w'  
]6,D9^{;  
s$ ?;C  
5. 有间隔SLM的光学功能 T `o
[whr  
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。 Uv!VzkPfo  
\9]-(j6[H  
~Jlq.S'  
uS!V_]  
V9wL3*  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 E|W7IgS  
_!9I f  
T[2<_nn=  
6. 减少计算工作量 F
hQb9\g  
A|yU'k  
采样要求： 'a>D+A:  
 至少1个点的间隔(每边)。 =)J<R;  
 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。 uYijzHQyD  
_AH_<Z(  
采样要求： wcGv#J],  
 同样，至少1个点的间隔。 uFFC.w  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 GZm=>!T  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Jv!f6*&<  
N[N4!k )!$  
 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。 }$s QmRR  
 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。 !wKiMgLS  
 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)。 nIqF:6/  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 [C@Ro,mI  
a>k9& w  
bb$1zSA  
_WI~b  
38%"#T3#  
7. 指定区域填充因子的仿真 n2Q?sV;m  
Bk5ft4v-  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 F1p|^hYDW  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 y(=0  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ;Hb"SB  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 /f hS#+V*  
W >|'4y)  
7**zO3 H  
8. 总结 n;y[%H!g  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 SKGnx  
kH=qJ3Z  
第1步 ](`:<>c  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 bG+Gg*0p  
{ea*dX872:  
第2步 (@S9>z4s  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 m;PTO$--  
扩展阅读 IG~Zxn1o  
扩展阅读 >E WK cocM  
 开始视频 ${`q
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