[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

Ej`G(  
应用示例简述 #;'*W$Wk2  
D,s[{RW+q  
1. 系统细节 v)'Uoe"R%  
 光源 "3?:,$*  
— 高斯光束 V_)465g  
 组件 ,9.NMFn  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 hrbeTtqi  
 探测器 1sfs!b&E  
— 视觉感知的仿真 eZ(o_  
— 电磁场分布 Km0P)Z  
 建模/设计 }cg 1CT5  
— 场追迹： $tebNiP  
 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。 !(N,tZ  
"ScY'<  
2. 系统说明 DZ5h<1  
`mKK1x  
b"~Ct}6f  
3. 模拟 & 设计结果 Oxh.&  

5U/C 0{6  
4. 总结 UC"_#!3  
$ ?YSAD1  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 K_BF=C.k  
z%L\EP;o}  
第1步 0bR})}a+Yg  
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。 4m/L5W:K  
Qx[ nR/  
第2步 [moz{Y  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 3 e<sNU?  
}G[Qm2k  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 J"]P"`/  
[d,"
)
Ng  
应用示例详细内容 KN zm)O  
R9V v*F]m@  
系统参数 {!7 ^w  
9WsGoZPn  
1. 该应用实例的内容 M}tr*L  
bZ*J]1y(.  
3~^}R  
2. 设计&仿真任务 gdyP,zMD7  
O U3KB  
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。 }[*BC5{>  
_Tj`  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 5//.q;z  
AT4G]pT  
6P KH%  
4. 参数：SLM像素阵列 @.Pe.\Z  
}2eP
~3  
ngoAFb  
5. 参数：SLM像素阵列 DpaPRA)x  
jP9)utEm6  
5ZkMd!$y  
应用示例详细内容 =c,m)\u/8  
}
1>i  
仿真&结果 0oFRcU  
Gmi$Nl!~  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM CYZx/r
<  
 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+Ta|-  
 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。
{-(B  
+)4_1i4"x  
2. VirtualLab的SLM模块 W:^\Oe5&a  

PZQn]lbak  
[C]u!\(IF  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 jMvWS71  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 1}{bHj  
h4 s!VK1X  
3. SLM的光学功能 2V0gj /&  
%z&=A%'a  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 IGj%)_W  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 0?]*-wvp  
 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。 FL+^r6DQ  
6^pddGIG  
X#
$mBRK7  
g_\U-pzr  
C<GS._V&  
 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。 !tkP!%w  
"Ldi<xq%xl  
8m0Gx
gS  
]~:9b[G2  
E"e<9  
4. 对比：光栅的光学功能 ^Tbw#x]2  
 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。 $okGqu8z.O  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 MXWCYi  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 >qjQ;z[  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 d7+YCi?  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 1/>#L6VAZ  
Suixk'-  
u:r'&#jb~@  
/xmUu0H$R  
tH0=ysf  
5. 有间隔SLM的光学功能 X8uVet]D~  
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。 "wi=aV9j  
J>(I"K%  
u9Wi@sO#  
X p4x:N  
 GU99!.$  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 !BD+H/A.{  
b&BSigrvou  
[U_Su,  
6. 减少计算工作量 $gm`}3C<  
PYDf|S7  
采样要求： /an$4?":~  
 至少1个点的间隔(每边)。 ~W'>L++  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 sr!m   
%\8E{M:  
采样要求： #Jt9U1WbF  
 同样，至少1个点的间隔。 _w8iPL5:  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 `N%q^f~  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 2 F3U,}  
N
:Yjz^Jt  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 |IL..C   
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 epa)~/sA  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 e1ru#'z  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 T/Q#V)Tp  
}r:H7&|&  
/*DC`,q  
)N!-g47o%#  
?k)(~Y&@p  
7. 指定区域填充因子的仿真 dx{ZG'@aH  
{U?UM  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 FV|/o%XqK  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 bgs2~50  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 KF&1Y>t=  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 HhkubG)\  
.\1{>A  
5nL,sFd  
8. 总结 ^M60#gJ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _bp9UJ  
vr#_pu)f4  
第1步 S7SD$+fX  
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。 k[3J5 4`g1  
*gHGi(U(U  
第2步 48 DC  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 &y-(UOqbkP  
扩展阅读 tm27J8wPzV  
扩展阅读 xf/ SUO F  
 开始视频 ; ntq%  
-    光路图介绍 XBi}hT