[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

?,Xw[pR  
应用示例简述 BZ#(   
HWAdhDZ  
1. 系统细节 &E F!OBR  
 光源 F;EwQjTF  
— 高斯光束 ,,.QfUj/&  
 组件 ;+
_:,_  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 !TH) +zi  
 探测器 (Rh,,  
— 视觉感知的仿真 X05/uX{  
— 电磁场分布 c]-<vkpV  
 建模/设计 TqQB@-!  
— 场追迹： ,t744k')  
 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。 (/YHk`v2  
g =hg%gRy"  
2. 系统说明 s)t@ol  
wm@@$  
<}Vrl`?h  
3. 模拟 & 设计结果 ?<,l3pwqa  
E~T-=ocKE  
4. 总结
?81c 4w  
]c*4J\s  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 FUzzB94a  
]A`n( "%  
第1步 1~FOgk1;  
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。 I,DS@SK  
uMv,zO5  
第2步 :4w ?#  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 O\tb R=  
T<>,lQs(a  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 M0"_^?  
nW:C/{n2tG  
应用示例详细内容 =%O6:YM   
MJ)RvNF  
系统参数 ">nxHU  
S@tLCqV4  
1. 该应用实例的内容 >6-
`}G+|  
H41?/U,{  
R w\gTo  
2. 设计&仿真任务 7EEl+;wK  
I 34>X`[o  
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。 (mB&m@-N  
MjRHA^b  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 #X$\&,Yn"  
T763
:v  
]/6z; ~3U  
4. 参数：SLM像素阵列 wJqMa9|  
>R_&Ouh:  
>'
$Mp<  
5. 参数：SLM像素阵列 q i;1L Kc  
,p
a {qne  
/ns
X]V6i  
应用示例详细内容 h#*dI`>l-  
29b9`NXt  
仿真&结果 2,F.$X  
~?}Emn;t  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM gH vZVC[b  
 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)。 @mBQ?;qlK  
 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。 0+ '&`Q
!u  
WwFm*4{[o  
2. VirtualLab的SLM模块 dT8S~-d%  

Q&;9x?e  
_[3D  
 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"e,qY  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 *^4"5X@  
Qv-_ jZ  
3. SLM的光学功能 b%`1cV  
q;CiV  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ]6`%  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 WH}y"W  
 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。 "S]TP$O D  
p l0\2e)  
xCTML!H  
BU_nh+dF  
d0ksG$  
 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。 ^x,YW]AS}  
cT,sh~
-x,  
2zb"MEOS5  
Il'fL'3  
~ 7s!VR  
4. 对比：光栅的光学功能 SnfYT)Ph  
 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。 W!(zT6#  
 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 }D}K\)  
 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)。 niyV8
v  
 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。 u#.2w)!D  
 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。 oc`H}Wvn  
S\=Nn7"  
T5h H  
Y3b *a".X  
`;C  V=,M  
5. 有间隔SLM的光学功能 D,feF9  
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。 7:1Lol-V  
*]X'( /b_  
~>|ziHx  
SJ,v?=S
!  
vs4>T^8e  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 e"<OELA  
|{ip T SH  
yN-9[P8C  
6. 减少计算工作量 MTn{d  
7.oM J  
采样要求： mzgfFNm^G)  
 至少1个点的间隔(每边)。 ?@86P|19  
 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。 U xGApK=X  
W<g1<z\f  
采样要求： <5051UEu  
 同样，至少1个点的间隔。 !Uo4,g6r+  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 oEv'dQ9  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 |6-nbj  
tw@X> G1z  
 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。 ~n_HP_Kf?  
 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。 PKz':_|  
 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)。 ;uGv:$([g  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 /;$[E  
}GM'.yutX  
]SEZaT  
#'`{Qv0,  
;_=&-mz  
7. 指定区域填充因子的仿真 d'> x(Yi  
[-w%/D%@  
 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。 V7/Rby Q  
 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。 8Zdn,}Z  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 c71y'hnT  
 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)。 V;=c
wy)I  
hy!3yB@  
er\|i. Y  
8. 总结 %C]>9."  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Q!3_$<5<E>  
7yQ4*UB  
第1步 4,ag(^}=  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 *4 n)  
|s_GlJV.  
第2步 ALHIGJW:6$  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 =_^X3z0  
扩展阅读 :4|4=mkr  
扩展阅读 46;uW{EY  
 开始视频 LP=)~K
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-    光路图介绍 rm_Nn8p,