[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

./aZ

V  
应用示例简述 ?w c3+?\J  
:*^(OnIe  
1. 系统细节 hVTyv"  
 光源 nvm1.}=Cnd  
— 高斯光束 CfazD??x  
 组件 qP%Smfp6  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 q(w1VcLZ  
 探测器 R|cFpRe  
— 视觉感知的仿真 W0p#Y h:{_  
— 电磁场分布 }bj,&c  
 建模/设计 %-0em!tUV  
— 场追迹： jn5=N[hd  
 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。 z22|Kv;w  
&@
`H^8  
2. 系统说明 ^mQ;CMV  
h|$zHm  
)dzjz%B)  
3. 模拟 & 设计结果 ^5^ zo~^o  
[hvig$L  
4. 总结 iq[2H$  
reD[j,i&t.  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 s\n,Z?m  
&T|UAM.  
第1步 oPCIlH  
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。 PgGrk5;  
)BMWC k  
第2步 ?U2g8D nFY  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 >cU*D:  
UJyiRP:#]>  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 2#Q"@  
3n=O8Fp  
应用示例详细内容 JsoWaD  
RvgAI`T7$  
系统参数 5y 'ycTjY  
V< 9em7
 
1. 该应用实例的内容 @)!1#^(}%  
{0m[:af&  
B'[3kJ'  
2. 设计&仿真任务 )H=[NB6J8  
B@~eBU,$  
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。 Y/Gswcz  
/Va&k4  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 rg]A_(3Bb  
FKvO
7? K  
J{'zkR?Lr  
4. 参数：SLM像素阵列 /F  
pdXgr)Uv  
5{x[EXE'  
5. 参数：SLM像素阵列 SieV%T0t1  
w7]p9B  
@bVh?T0~F,  
应用示例详细内容 ^.$r1/U  
Wb
-'E%K  
仿真&结果 ]|\>O5eeu  
2H32wpY ,l  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM f<t*#]<  
 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)。 &,gryBN  
 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。 ',xsUgk  
MRY)m@*+6  
2. VirtualLab的SLM模块 8G
^B%h]  

:_[cT,3  
$>*/']>  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 [3;Y:&D  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 =S7C
(;=4  
ThiPT|5u  
3. SLM的光学功能 m{=~|I  
nr9#3Lb  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 AK\g-]8  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 !j\&BAxTEk  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 0kr& c;~  
nQ(:7PFa'  
->#@rF:S  
E/Gs',Y  
whp\*]8  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 Vm%ux>}  
sMpC4E  
d'@H@  
|$*9j""u  
p]IhQnj2  
4. 对比：光栅的光学功能 @42lpreT  
 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。 \?]HqPibx  
 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。 q,h.W JI  
 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)。 KcyM2hE7  
 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。 LRlk9:QD>  
 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。 F#C6.`B  
U3iy
uE  

VlXy&oZ  
g&(~MD2{  
G&@RLht  
5. 有间隔SLM的光学功能 cLk+( dn  
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。 RBojT   
j`-y"6)  
(Y@|h%1W  
G5@fqh6ws  
4Fc1'  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 vWU4ZBT8G  
U=?"j-wN  
_EBDv0s  
6. 减少计算工作量 4]Nr$FY  
zpQ/E  
采样要求： [#h!3d|?B  
 至少1个点的间隔(每边)。 H {Wpf9_ K  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 42[:s:  
 l e/#J  
采样要求： &ZFAUE,[  
 同样，至少1个点的间隔。 @V CQ4X7T  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 / {bK*A!  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 X#C7r@H  
z:,!yU c  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 yXQ;LQ;  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 Qvg"5_26v  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 49kia!FR  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ">^]^wa08  
q2pao?aa  
OmuZ0@.  
,TA[el%#  
H<Taf%JT  
7. 指定区域填充因子的仿真 8$olP:d  
%*; 8m'  
 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。 3@bjIX`=H  
 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。 s+~Slgl  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 KPcuGJ  
 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)。 W{/z-&  
cCCplL  
(:muxby%  
8. 总结 ;5_S  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 'a[|}nJ3  
K:Go%3~,  
第1步 \<>%_y'/)h  
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。 b:&$x (|  
E%:zE Q  
第2步 "x^bl+_"  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 BC[d={_-  
扩展阅读 Wm&f+{LO+K  
扩展阅读 *\vc_NP]  
 开始视频 EqluxD=  
-    光路图介绍 <LZvh8