[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

iOO1\9{@  
应用示例简述 Z%uDz3I\Q"  
>aaHN1Ca  
1. 系统细节 PM A61g  
 光源 V,W":&!x  
— 高斯光束 IUJRP  
 组件 sJHN4  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 '+Gy)@c  
 探测器 NxyrP**j  
— 视觉感知的仿真 UJX=lh.o  
— 电磁场分布 N+[ |"v  
 建模/设计 o3oA
k10  
— 场追迹： L
9FijF7  
 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。 !_|rVg.  
fcC?1M[BP~  
2. 系统说明 \1p_6U7  
52L* :|b  
7rdPA9  
3. 模拟 & 设计结果 )Fo1[:_B'  
Q6r!=yOEY  
4. 总结 "V:24\vO  

NP {O  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 '[6o(~*  
h{sY5d'D  
第1步 q[}[w!to  
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。 ;~>E^0M  
o=,q4;R'  
第2步 \AT]$`8@_  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 -'sn0_q/e  
hSvA dT]m  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 PI~W6a7p  
@YMQbjbr  
应用示例详细内容 &Vtgh3I  
;{Sgv^A  
系统参数 Ofyz,% |Q  
_Q:739&  
1. 该应用实例的内容 cVR3_e{&H  
_v+mjDdQ  
ly{Q>MBM  
2. 设计&仿真任务 <KFE.\*Z4  
y8{PAH8S  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 dX58nJ4u  
l{{wrU`  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 3gn)q>Xj$  
y,*>+xk,  
5G\CT&cQR  
4. 参数：SLM像素阵列 &dino  
#()u=)
 
l[2 d{r  
5. 参数：SLM像素阵列 nVTCbV  
_V9 O,"DDc  
 _`bH$  
应用示例详细内容 ]J t8]w  
2g6G\F  
仿真&结果 tv)U 7K0  
g*NKY`,  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM e*Gm()Vu,  
 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)。 NdS6j'%B@7  
 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。 )m-l&UK  
;9{x""
 
2. VirtualLab的SLM模块 86^xq#+Uw  

s{-`y`JP  

l#FW#`f  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 7I6bZ;}d  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 [Z5Lgg&  
+G!N@O  
3. SLM的光学功能 !*0\Yi,6  
Y=oj0(Q*
 
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Sv7_-#SW<(  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 x*~a{M,h  
 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。 1GnT^u y/  
N F[v/S  
*ay>MlcV2=  
1$q>\  
ICD(#m  
 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。 gzK"'4`  
VWlOMqL995  
EBY=ccGE{  
IX7|_ci  
o@`& h} $  
4. 对比：光栅的光学功能 r@xMb,!H  
 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。 # $:ddOY  
 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。 >-Qg4%m  
 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)。 ,KlTitJl\+  
 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。 h^P>,dy0  
 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。 web=AQ5I4  
M-!e
L<  
];waK2'2  
JM#jg-z,~  
?-g=Rfpag  
5. 有间隔SLM的光学功能 Jlw oSe:S  
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。 8@)/a  
w#Y<~W&  
;SzOa7  
27-<q5q  
/3*75  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Mj&f7IUO  
71+J{XOC  
R|T_9/#)  
6. 减少计算工作量 yA%(!v5UT  
uc?QS~H&w  
采样要求： bA-=au?o5  
 至少1个点的间隔(每边)。 6&=xu|M<x=  
 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。 :\Z;FA@g(g  
X6mY#T'fQ  
采样要求： D-.XSIEMu  
 同样，至少1个点的间隔。 b|T}mn  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 A6'G%of  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ?op6_a-wm  
G
3P3  
 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。 "Hmo`EB0  
 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。 t;9f7~  
 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)。 YMG{xGPtM  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ,UQ4`Mh^L  
hu-fwBK  
&oevgG  
$4`RJ{ZJw]  
VdR5ZP  
7. 指定区域填充因子的仿真 S @\Pki+n[  
rMqWXGl`(  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 WKZ9i2hcdf  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 raGov`  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 9rX[z :  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 VrhG=CK  
'$~9~90?Z  
x~xaE*r  
8. 总结 *k'oP~:fT  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 OvU]|4h  
oUEpzv,J  
第1步 GmN} +(  
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。 8vB~1tl;  
}U'fPYYi8  
第2步 h\KQ{-Bl  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 &C3
J6uCm+  
扩展阅读 )`Tny]M  
扩展阅读 )Y@  
 开始视频 GVZ/`^ndM  
-    光路图介绍 *&>1A A