[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

>H5BY9]I  
应用示例简述 }.2pR*W  
9T|7edl  
1. 系统细节 g=b[V   
 光源 @w6^*Z_hQ  
— 高斯光束 v2EM| Q xp  
 组件 u;&`_=p  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 b\gl9"X  
 探测器 %MbjKw  
— 视觉感知的仿真 ,`/!0Wmt  
— 电磁场分布 +5?hkQCX1^  
 建模/设计 <s+=v!  
— 场追迹： m]N4.J  
 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。 9qwVBu ;  
]v94U b  
2. 系统说明 1uMnlimr  
uTP=kgYqJ  
lUCdnp;w'  
3. 模拟 & 设计结果 9eGM6qW\_  
y @Y@"y  
4. 总结 4p>@UB&U  
1.yw\ZC\  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 |KU>+4= @  
*M+:GH/5  
第1步 9S&6u1  
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。 MZ+8wr/y  
Kj}hb)HU  
第2步 'D\(p,(Mt  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 "Oh-`C  
_=q)lt-UY  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 4^70r9hV9  
I.y|AQB  
应用示例详细内容 y"$|?187x  
9N=Dls  
系统参数 JZu7Fb]L9  
1;vn*w`p  
1. 该应用实例的内容 a/L?R Uu  
jW
2z3.w  
6=A++H@  
2. 设计&仿真任务 q*Ns]f'a  
7gD$Q
 
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。 <diI*H<G  
biKpV?Dp  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 nN@8vivP%  
[^ 7^&/0  
Sr2c'T"  
4. 参数：SLM像素阵列 ,W*<e-  
<po(7XB  
?$-OdABXHK  
5. 参数：SLM像素阵列 _QY0j%W  
2c8,H29  
e *;"$7o9  
应用示例详细内容 ^x4,}'(  
m'aw`?  
仿真&结果 m>zUwGYEu  
/,E%)K;  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM
&z1r$X.AW  
 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)。 JO+ hD4L  
 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。 w`>xK sKW>  
I \vu?$w  
2. VirtualLab的SLM模块 z ; :E~;  

Z?"Pkc.Ei  
Uy_`=JZ  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 js8uvZ i  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 ;M"hX  
hs<7(+a  
3. SLM的光学功能 u^ngD64  
aWe H,A%  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 a}jaxGy  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Pb]s+1  
 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。 J&8l1{gd  
"p2PZ)|  
OWOj|jM  
8{Zgvqbb  
f*oL8"?u&  
 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。 +` Em&  
G_42ckLq  
qMI%=@=  
iCl,7$[*  
;z
Sh9
H  
4. 对比：光栅的光学功能 !8l4H
c8  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 UnW,|n8  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 o5Pq>Y2T  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 A`X$jpAn&  
 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。 8 A%)m  
 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。 \P{VJ^)0  
H~||]_q|  
X*%KR4`
 
G9Xrwk<g4  
evimnV  
5. 有间隔SLM的光学功能 dLQ!hKD~  
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。 ZL1[Khr,s  
U&`M G1uHe  
^
P&y9dC.  
q'K=Ly+  
lv$tp,+  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 z4{|?0=C  
f>p;Jh{2fn  
h\D y(\  
6. 减少计算工作量 #{ `(;83  
||qsoF5B]  
采样要求： 7z F29gC  
 至少1个点的间隔(每边)。 GW`9SB  
 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。 o1I{^7/  
5;dnxhf  
采样要求： V/762&2X  
 同样，至少1个点的间隔。 --  _,;  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 `+]4C+w  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 #p=/P{*  
x\x>_1oP  
 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。 L F Z  
 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。 /pX\)wi  
 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)。 Z$HYXm  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 7CM<"pV  
Bv!j.$0d{  
aSKI%<?xN  
#.FtPR  
;'R{b$B;|  
7. 指定区域填充因子的仿真 ` [@ F3x  
P) GBuW  
 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。 ic?6p  
 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。 #Du1(R  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 /lAt&0  
 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)。 9<\wa/#  
qrm~=yU%  
m:Z=: -x  
8. 总结 Ngh9+b6[  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <P}{0Y~@*W  
&W`yHQ"JY  
第1步 [y=k}W}z  
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。 DghX(rs_  
Ou8@7S  
第2步 +?nW  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Qmzj1e$6x  
扩展阅读 (K^9$w]tf  
扩展阅读 G~u94rw|:  
 开始视频 &``;1/J*W  
-    光路图介绍 N7}.9%EV