[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

3bezYk  
应用示例简述 nTo?~=b  
`3ha~+Goo!  
1. 系统细节 U4-RI]Cpf  
 光源 `lOW7Z}  
— 高斯光束 $mKExW  
 组件 R\3v=PR[  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 oqh@(<%  
 探测器 j*|0#q;e6  
— 视觉感知的仿真 zE1=P/N  
— 电磁场分布 FO[ s;dmzu  
 建模/设计 oKGF'y?A>  
— 场追迹： @.a59kP8X  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 fA<os+*9i  
c-&Q_lB  
2. 系统说明 Hpz1Iy@  
zj2y=A|Y  
(?'vT%  
3. 模拟 & 设计结果 Wd!Z
`,R  
^ op0" #B  
4. 总结 bXOM=T  
nM&a2Z,T  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 q9{ h@y  
`a[fC9  
第1步 H1q,w|O9j  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 5655)u.N8  
Wf8@B#^{  
第2步 Ws0)B8y,|  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 zi`q(
[  
AU)\ lyB  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 :oW 16m1`  
"AXgT[ O  
应用示例详细内容 S2|pn\0V  
XaE*$:   
系统参数 'L7u`  
zBq&/?  
1. 该应用实例的内容 Y=Ic<WHR  
_]ZlGq!L  
Oh10X.)i  
2. 设计&仿真任务 ,d lq2  
CF-tod  
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。 (U$;0`  
XABP}|aWK  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 /DHV-L  

P"}"q ![  
C7W<7DBf  
4. 参数：SLM像素阵列 ^+d]'$  
AFBWiuwI3  
P~lU`.X}  
5. 参数：SLM像素阵列 Yc6.v8a  
7Q Ns q  
+Tx_q1/f5X  
应用示例详细内容 e, 2/3jO  
^^!G{*F  
仿真&结果 KrG,T5  
+!ljq~%  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM b|E ZD3y  
 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)。 SvkCx>6/G  
 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。 C,mfA%63  
!wEe<],  
2. VirtualLab的SLM模块 "Vl4=W)u  

noz1W ]  
w8$> 2  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ! N!pvK;  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 .)bNi*&  
.w{Y3,dd>  
3. SLM的光学功能 ='+I dn#5  
FVL{KNW~i  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 YuIF}mUr"  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 %;u"2L0@  
 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。 B1U!*yzG6  
`x>6Wk1  
)/Eu=+d  
Pe\Obd8d  
$~1mKx]]  
 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。 nnT#S  
c1a

$J`  
Tjv'S <  
]=i('|YG  
:O&jm.2m  
4. 对比：光栅的光学功能 BAvz @H  
 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。 PrfG  
 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。 PP!-*~F0Jr  
 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)。 `[}X_d 1A  
 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。 Z1($9hE>  
 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。 L{r4hL [  
*2vp2xMA@  
W,80deT  
0T(+
z)Ki  
3< 6h~ek)  
5. 有间隔SLM的光学功能 KDP47A  
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。 ,:'JJZg@  
gzat!>*  
a8Xwz@ M  
$%31Gk[I  
GRofOJ  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 p"jze3mF  
#OjyUQ,
 
ibwV#6  
6. 减少计算工作量 u=]*,,5
<  
?Y8hy|`  
采样要求： :X-S&SX0  
 至少1个点的间隔(每边)。 iOb7g@=  
 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。 9c,/490Q  
%3t;[$n#  
采样要求： gCG#?f  
 同样，至少1个点的间隔。 Kj3Gm>B<y  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 QT%vrXzz  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 6H  U*,  
TKGaGMx6@  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 ]'Ho)Q  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 ?)k]Vg.  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 m]fUV8U  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ,tyPZR_  
+'olC^?5 }  
M1#CB  
@0t[7Nv-1  
O j:I @c  
7. 指定区域填充因子的仿真 RU6c8>"  
4L{]!dox  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 .{`C>/"}  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 LJ@r+|>  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 X;)/<:mX  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 A4#FAFy  
#Y'b?&b  
9Sd?,z  
8. 总结 <?!'  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Q
#qfuwz  
=l*xM/S  
第1步 Tt{z_gU6  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 0}`-vOLd-  
EleJ$ `/  
第2步 Dg0rVV6c  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 W  
扩展阅读 'OP0#`6`  
扩展阅读 vF'>?O?  
 开始视频 Zxqlhq/)  
-    光路图介绍 p0zC(v0*