[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

27+faR  
应用示例简述 @mv G=:k  
qyFeq])  
1. 系统细节 H!hd0.  
 光源 .0RQbc9  
— 高斯光束 ,H,[)8
 
 组件 9}a$0H h  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 LAnC8O  
 探测器 4 qY  
— 视觉感知的仿真 WcS`T?Xa  
— 电磁场分布 mSYm18   
 建模/设计 NqD Hrx  
— 场追迹： ZzTkEz >  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 @#hvQ6u  
Vy[xu$y  
2. 系统说明 \P9ms?((A  
|<,0*2  
r-L& ee  
3. 模拟 & 设计结果 oqysfLJ  
lF.kAEC  
4. 总结 kZ)}tA7j  
?PTXgIC  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。
/SS~IhUX  
xP9h$!  
第1步 ,ayJgAD  
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。 M|h B[  
|[mmEYc  
第2步 .K(9=yh  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 g[t paQ  
[q3zs_nz  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 mVYfyLZ,(  
i^iu#WC  
应用示例详细内容 Oso**WUOZ&  
trrK6(p  
系统参数 U9^1
A*  
Iy4%,8C]g  
1. 该应用实例的内容 IzUpkwN  
~8mz.ZdY  
.zt&HI.F  
2. 设计&仿真任务 i/'bpGrQ(  
uKXD(lzX  
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。 6)?u8K5%r  
NziCN*6  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ];6955I!  
czu9a"M>X  
NyRa.hgZ;  
4. 参数：SLM像素阵列 z#PaQ
p5F  
3
Og}_  
(BxmV1  
5. 参数：SLM像素阵列 Zr2T^p5u  
!vJ$$o6#  
:7"Q  
应用示例详细内容 Ly^bP>2i  
oOvQAW8`  
仿真&结果 u=W[ S)w  
l=l$9H,  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM =. \hCgq  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 : -#w  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 LS9,:!$  
Keo<#Cc?  
2. VirtualLab的SLM模块
;ZAw
f0~  

ilJ`_QN  
n YUFRV$  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 m>P\}A^N  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 gYrB@W;2  
BgT ^  
3. SLM的光学功能 CR9wp]-Vd  
Y7p@NG&1q  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 'SlZ-SdR  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 d|Wqx7t]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。 L8h!%56s  
0KgP'oWvY  
K/N{F\  
c;X,-Q9  
X-<,zRM  
 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。 2P8wvNDG  
kw2yb   
$<2d|;7r  
g&F$hm  
E%D.a=UX,  
4. 对比：光栅的光学功能 e<9 ^h)G  
 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。 u1y>7,Z6W  
 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。 {'M/wT)FeC  
 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)。 #'>)?]tn  
 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。 c,;VnZ 9wC  
 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。 H.;}%id  
/"k[T  
"~ $i#  
jR[c3EA ;  
_,(s  
5. 有间隔SLM的光学功能 XK/l1E3N  
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。 w8Z#]kRv
 
TS+jDs  
zw+wq+2"  
]nRf%Vi8g  
G[ #R1'  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 G,?a8(  
:ZB.I(v  
`Rt w'Uz  
6. 减少计算工作量 %RtL4"M2j  
."BXA8c;A  
采样要求： +<p&Va#  
 至少1个点的间隔(每边)。 +VW8{=$  
 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。
qQDe'f~  
t(roj@!x_o  
采样要求： )=K8mt0qob  
 同样，至少1个点的间隔。 1DAU*^-  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ETU-6qFtO  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 A. tGr(r  
c\rP -"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。 >/4[OPB0R  
 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。 \VO
v&s;h  
 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)。 &53,8r  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 PZJn/A1  
b~tu;:  
Y0lLO0'  
C|Gk}  
!^MwE]  
7. 指定区域填充因子的仿真 mUP!jTF  
RiR],Sj  
 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。 FywX  
 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。 "y7\F9  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 %2I>-0]B  
 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$iPFZC'  
!})Y9oZc8  
J?Y,3cc.  
8. 总结 jGkDD8K [  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 fCY??su*   
N& F.hi$_  
第1步 @UdF6:T  
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。 L58H)V3Pn  
+(:Qf+:  
第2步 #0h}{y E  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 /]J\/Z>  
扩展阅读 I`IW^eZM  
扩展阅读 4Lk<5Ho  
 开始视频 SOsz=bVx  
-    光路图介绍 *u|1Z%XO