[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

hn GZ=  
应用示例简述 8b&/k8i:  
ZPLm]I\]  
1. 系统细节 oWT3apGO  
 光源 IVY]EkEG~  
— 高斯光束 2*& ^v  
 组件 ,]F,Uu_H7  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 0 1rK8jX  
 探测器 6xx ?A>:  
— 视觉感知的仿真 \;Biq`  
— 电磁场分布 v0{i0%d,?  
 建模/设计 >y7?-*0  
— 场追迹： k(nW#*N_  
 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。 z2~til  
D%pF;XY  
2. 系统说明 JGrWHIsNV  
$bR~+C  
Rr]Hy^w  
3. 模拟 & 设计结果 BL}\D;+t  
jvL[ JI,b  
4. 总结 F@KGj|  
A}9`S6@@  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 gPI ?C76  
oJz^|dW  
第1步 Q(?#'<.#  
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。 +~$ ]}%  
;A'mB6?%H  
第2步 *L^,|   
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 .*Y
  
83_h J  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Xl#ggub?  
+'HqgSPyb  
应用示例详细内容 AQvudx
)@"  
k="i;! Ge  
系统参数 F^;ez/Gl  
hMO=#up&  
1. 该应用实例的内容 hL{KRRf>  
m<Dy<((_I  
.Yn_*L+4*  
2. 设计&仿真任务 Bj;'qB
>3  
;N0XFjdR  
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。 qo bc<-  
1>h]{%I  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 $%#!bV  
O_7|C\]  
aX'*pK/-  
4. 参数：SLM像素阵列 Why`ziks  
JK5gQ3C[  
%7.30CA|#  
5. 参数：SLM像素阵列 hHnYtq  
h*](a_0  
5U$0F$BBp  
应用示例详细内容 U'bEL^Jf  
HIZe0%WPw  
仿真&结果 igPX#$0XU  
@*((
1(q  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 
G_,jgg7  
 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)。 `d}2O%P  
 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。 oUU1+F-  
Tyx_/pJT  
2. VirtualLab的SLM模块 h S&R(m  

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d 2  
1mG-}  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 F={a;Dvrn  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 ZUd
-<y  
cVF"!.  
3. SLM的光学功能 [{,1=AB  
o>pJPV  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ZD{LXJ{Vm  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 4,DeHJjAlE  
 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。 &D*b|ilvc  
( a#BV}=  
&F~T-i>X  
$=4QO  
^ [@,  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 zTU0HR3A  
}qD\0+`qi  
>z@0.pN]7  
+6+i!Sip  
oUlVI*~ND  
4. 对比：光栅的光学功能 9G2FsM|,  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 61U09s%\0  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 \dah^mw"  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 5nx1i  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 0o&5]lEe  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 zdam^o  
tKXIk9e  
j0q&&9/Jj  
;aVZ"~a+\  
r9?Mw06Wc5  
5. 有间隔SLM的光学功能 qJ-/7-$ ^  
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。 c-sfg>0^  
c7H^$_^=  
YGNP53CU  
`Urhy#LC  
t%8BK>AHvw  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 wUJcmM;  
q!@4~plz  
=7UsVn#o  
6. 减少计算工作量 UJ2U1H54h  
6_B]MN!(  
采样要求： 2&cT~ZX&'  
 至少1个点的间隔(每边)。 '~ 47)fN  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 j1<Yg,_.p  
)boE/4  
采样要求： J<lW<:!3]  
 同样，至少1个点的间隔。 Kc\fu3Q  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 RxQ*  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 xoME9u0x4  
Q+{n-? :  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 &H+xzN  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 *0ro0Z|Iq  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 eyxW 0}[  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ?e?!3Bx;EM  
\{NO?%s0p  
o2ECG`^b  
7d\QB(~  
/gas2k==^  
7. 指定区域填充因子的仿真 @2#lI  
.6J$,.Ig  
 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。 ~}Pfu  
 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。 mR)wX 6  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 n=q76W\  
 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)。 ~V6D<  
"r2 r  
yt2PU_),  
8. 总结 ~VB1OLgv#.  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 1Z&(6cDY8M  
: rVnc =k  
第1步 \{D" !e  
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。 zT{VE+=  
!5N.B|Nt  
第2步 )U#K  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 s#GLJl\E_P  
扩展阅读 7|H$ /]  
扩展阅读 {4PwLCy  
 开始视频 u%!@(eKM-  
-    光路图介绍 ;FEqe49