[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

ykq'g|  
应用示例简述 OR+A_:c.D  
FQf#*  
1. 系统细节 UqX1E  
 光源 )u@t.)ChAV  
— 高斯光束 <?$kI>Ot  
 组件 lv:U%+A  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Q2C
)tVK+  
 探测器 NMjnL&P`  
— 视觉感知的仿真 ^i<}]c_|f  
— 电磁场分布 $<e +r$1  
 建模/设计 B[NJ^b|  
— 场追迹： Sb^ b)q"  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 \Tq"mw9P  
~HP LV  
2. 系统说明 Vdvx"s[`m  
4`mO+.za1  
:$"7-a%f  
3. 模拟 & 设计结果 6MrKi|'X@  
;]&-MFv#  
4. 总结 ,0T)Oc|HL/  
g'G8 3F  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 'TEyP56  
A9BxwQU#  
第1步 GqjO>v fy  
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。 Tkrx7Cs(  
!cCg/  
第2步 ez0\bym  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 X^in};&d  
U5rxt^  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 k.Zll,s  
$T*KaX\{B  
应用示例详细内容 P`sN&Y~m  
K<,Y^3]6?  
系统参数 q[boWW  
+-HE'4mo  
1. 该应用实例的内容 $DV-Ieb  
=mJ
F_Ri  
3@X|Gs'_S  
2. 设计&仿真任务 uAb 03Q  
A*Q[k 9B  
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。 (^S5Sc=  
b@-)Fy4d2  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 #5
d8?n  
$Z7:#cZ Y  
P7 8uq  
4. 参数：SLM像素阵列 m9g^ -X  
/$OIlu  
)tPl<lb  
5. 参数：SLM像素阵列 7sN0`7  
c+;S<g0  
g!`BXmW  
应用示例详细内容 !'PlDGD  
/a%KS3>V*  
仿真&结果 ZX]
A )5G  
i-V0Lm/  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM _U=S]2QW  
 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)。 O<iI  
 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。 /T#
o<D  
"sIN86pCs  
2. VirtualLab的SLM模块 Eb7}$Ji\  

1?]J;9p  
h~.V[o7=  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 L3>4t: 8  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 &u4Ve8#  
c.6QhE  
3. SLM的光学功能 _pW'n=}R  

E$&;]a  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 s|p(KWo2U  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 I9:%@g]uYw  
 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。 1Y2a*J  
'T{pdEn8u  
JSUzEAKe  
tQCj)Ms'X  
bF7`] 83  
 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。 %SFw~%@3&~  
{!tOI  
DMRs}Yz6  
 z8tt+AU  
t3M0La&  
4. 对比：光栅的光学功能 } _VZ  
 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。 TR_(_Yd?36  
 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。 ~CJYQFt  
 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)。 ;p.j  
 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。 @]yQJuXA&Z  
 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。 >d)|r  
1URT2$2p  
[y$j9  
Zm5nLxM  
UFJEs[?+Te  
5. 有间隔SLM的光学功能 g')?J<z  
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。 J~:kuf21  
(''$'5~  
5@""_n&FV  
t>=GVu^  
kv[OW"8t  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 EsS!07fAM:  
Yr Preuh  
p$&_fzb  
6. 减少计算工作量 \y<+Fac1S  
yFa&GxSq  
采样要求： @)+i{Niuv  
 至少1个点的间隔(每边)。  z, :+Oc  
 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。 l,ZzB,"  
T`j  
采样要求： H74NU_  
 同样，至少1个点的间隔。 6k@[O@)  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Es_SCWJ  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ok8JnQC
 
zX006{vig  
 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。 r(748Qc4f?  
 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。 K1CMLX]m  
 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)。 HP1X\h!Ke  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 b'i%B9yU:%  
z2$FYn Q  
"Vs Nyy  
!NQf< ch  
qM+!f2t  
7. 指定区域填充因子的仿真 9p!dQx  
*NKC\aV`0  
 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。 0`zm>fh}  
 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。 #nt<j2}m  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 \["1N-q 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)。 Fvcq^uZ  
r5<e}t-  
WcQZFtW  
8. 总结 D<$j`r  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 E9 :|8#b  
4?*`:  
第1步 %6vMpB`g  
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。 c'm-XL_La  
!)=#p
9  
第2步 KG7X8AaK#  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 yS(=eB_  
扩展阅读 H>Iet}/c  
扩展阅读 $/-wgyP3m+  
 开始视频 /61ag9pN  
-    光路图介绍 AX^3uRQJ