[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

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|H04  
应用示例简述 ?Mg&e/^  
Bf;dp`(/
 
1. 系统细节 k;w1y(  
 光源 3%]%c6  
— 高斯光束 Y{TzN%|LV  
 组件 -,Q !:  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 t%e}'?#^  
 探测器 /HsJyp+t  
— 视觉感知的仿真 ISI\<qx  
— 电磁场分布 8I)66  
 建模/设计 a W`q  
— 场追迹： O!}TZfC  
 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。 Fg)Iw<7_2  
|hjm^{!TpW  
2. 系统说明 y]B?{m``6  
,~-"EQT  
9Xt5{\PJ  
3. 模拟 & 设计结果 GqXnOmk  
 y#5xS  
4. 总结 m]8rljo  
'ao<gTUbu  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <FIc!  
wR\Y+Z
 
第1步 c rPEr  
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。 66*/"dBwm  
gnW`|-:\  
第2步 b-8{bP]n  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 4=S.U`t7  
Y]aVa2!Wb  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 EELS-qA  
Xm./XC  
应用示例详细内容 k/A8|  
"d60IM#N?  
系统参数 =EI>@Y"  
GsG.9nd  
1. 该应用实例的内容 \kU0D  
sK8=PZ\  
\jDD=ew  
2. 设计&仿真任务 I@a y&NNh  
nqNL[w6{  
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。 M=$ qus  
+:3K?G-  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 T u>5H`  
?IR]y-r  
QFMR~6 ?  
4. 参数：SLM像素阵列 0b%"=J2/p.  
~Rd,jfx  
p R=FH#  
5. 参数：SLM像素阵列 wQ /IT}-  
n,hl6[OL7  
InnjZ>$  
应用示例详细内容 +eSNwR=  
qRkY-0vBP  
仿真&结果 :ulOG{z  
b(JQ>,hX  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM jC3ta  
 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)。 ol QT r  
 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。 d[mmwgSR?I  
hK F*{,'  
2. VirtualLab的SLM模块 #=mLQSiQ  

K.s\xA5`_  
u~WBu|  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 t*Hr(|.  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 &[u%ZL  
8aDhHXI  
3. SLM的光学功能 Lc.=CBQ  
h3-y}.VjG  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ~9%L)nC2'  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 \
1Tu P}P  
 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。 GCaiogiBg  
84g$V}mp  
{nvF>  
1vKAJ<4W  
m'{gO9V  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 qWz%sT?C3L  
MIa#\tJj  
X{cFqW7  
D d['e  
(QS4<J"  
4. 对比：光栅的光学功能 ^pgVU&-~]/  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 Z:>)5Z{'  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 W:5uoO]=<  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 P1cI]rriW  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 P/%5J3_,  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 BwpEIV@b]  
w[ )97d  
%?<Y&t  
`"@Pr,L   
<}Hfu-PLo  
5. 有间隔SLM的光学功能 B^|^hZZ>  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 TS2zzYE6Z  
KHnq%#  
t`F<lOKj  
0iS"V^aH  
Fsdp"X.  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 K=Q<G:+&V  
O4`am:@  
=:neGqd\_E  
6. 减少计算工作量 %=w@c  
9):h %o  
采样要求： 2!@ER i  
 至少1个点的间隔(每边)。 J}zN]|bz  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 ~F)[H'$A  
+K2p2Dw(k  
采样要求： KOv?p@d  
 同样，至少1个点的间隔。 <GdQ""X  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 le7!:4/8  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 6h5DvSO  
?aMd#.&  
 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。 8PRKSJ[@K  
 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。 fx74h{3u  
 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)。 }Bk>'  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 0:C^-zrx  
v35!? 5{  
 []L yu  
TyGsSc  
w?JRY  
7. 指定区域填充因子的仿真 pnTuYT^%)  
Q[6<Y,}(pd  
 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。 (Zi,~Wqm$  
 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。 oS0rP'V^  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 506AvD  
 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)。 a_V.mu6h6p  
XYrZI/R  
|g`:K0BI  
8. 总结 +$CO  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。
6+.8nx:9X  
5Sh.4A\  
第1步 UL3++bt  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 7g%.:H=  
(@(rz/H  
第2步 'Dx_n7&=  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 PrQs_tNi  
扩展阅读 e$Npo<u  
扩展阅读 h*lU&8)m\  
 开始视频 i w(4!,4~  
-    光路图介绍 $`'%1;y@