[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

^"PfDTyA  
应用示例简述 #vnefIcBf  
7O]J^H+7  
1. 系统细节 wbn^R'  
 光源 9T?~$XlX  
— 高斯光束 %-T}s`Z  
 组件 9@JlaY)0  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 I=Gr^\x=  
 探测器 Zjw
!In|vC  
— 视觉感知的仿真 PEK.Kt\M  
— 电磁场分布 >B@i E  
 建模/设计 &E} 
I  
— 场追迹： I3V{"Nx6  
 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。 ))8Emk^Q{  
"v*oga%  
2. 系统说明 9(i0"hS^  
mYzsTUq  
nD^{Q[E6=  
3. 模拟 & 设计结果 W*1d X"S  
$K5ni{M;  
4. 总结 9[6G8;<D&  
@&/s~3  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ^\xCqVk_R  
u<BHf@AI  
第1步 $w 5#2Za  
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。 V,99N'o~x  
"H wVK  
第2步 ,<R>Hiwg/s  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 R (+h)#![  
Nv}U/$$S  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Uqb
]e?@  
P]~N-xdV  
应用示例详细内容 Z1XUYe62  
(CKhY~,/u  
系统参数 KqT#zj  
 hg<"Yg=  
1. 该应用实例的内容 `</=AY>  
Qivf|H619  
\;A50U|r  
2. 设计&仿真任务 s8`}x_k=  
0R2S@4%Y  
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。 DctX9U(  
A&X  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 GqmDDL1  
48*Oh2BA  
wR5\^[GN  
4. 参数：SLM像素阵列 SXT@& @E  
_RA{SO  
gNMKGf\Y  
5. 参数：SLM像素阵列 :8\*)"^E  
LLXg  
[="g|/M)  
应用示例详细内容 Qd&d\w/  
rw40<SS"Z  
仿真&结果 02]8|B(E90  
8.q13t!D  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ,u8ZS|9  
 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)。 iZDb.9@&t  
 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。 sp=7Kh?|>  
{y+v-v/#  
2. VirtualLab的SLM模块 t?Njw7  

&"~,V6,q  
dd?x5|/#  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 k=ior  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 p3,(*eZ  
'AAF/9  
3. SLM的光学功能 $w";*">:0  
rS,*s'G  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 4X(1  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 j:de}!wc  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 ~8Dd<4?F]  
z Et6  
~]6Oz;~<3  
U:etcnb4w>  
]`CKQ> o  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 5sA>O2Rt>  
I49=ozPP  
SoM ]2^  
y$r?t0
 
btB(n<G2#  
4. 对比：光栅的光学功能 @4  
 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。 g O\f:Pg  
 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。 VQG /g\  
 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)。 {8>_,z^P)  
 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。 $J;=Ux)$  
 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。 vt(}ga  
>m;|I/2@  
=`7)X\i@z  
>FEQtD~F  
!,-qn)b  
5. 有间隔SLM的光学功能 u1pYlu9IW  
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。 2!~>)N  
k{u%p<  
Vqv2F @.  
x/jN&;"/  
@]VvqCk  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 a s<q  
M
Iua\:xT  
5>z:[OdY*  
6. 减少计算工作量 tKqCy\-q  
gYH:EuY,  
采样要求： 4{;8 ]/.a  
 至少1个点的间隔(每边)。 ][>M<J  
 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。 K&"Pm9  
mG8  
采样要求： >FMT#x t  
 同样，至少1个点的间隔。 83 ^,'Z
 
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 KSpC%_LC  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 2YP"nj#  
MkV*+LXC  
 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。 me}Gb a  
 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。 |2t7mat  
 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)。 EuimZW\V  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ^2?O+ =,F  
/xm} ?t0U  
p6eDd"Y  
}RP9%n^  
?\p
%Mx?  
7. 指定区域填充因子的仿真 0.+Z;j  
K&a]pL6D  
 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。 RxDxLU2kt  
 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。 (Ss77~W7  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 gJ[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)。 }zfLm`vJ  
I>4Tbwy.-  
9
Nbg@5(  
8. 总结 =x.v*W]F`  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 X=c ,`&^  
LXEu^F~{u#  
第1步 !&:W1Jkp(  
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。 Z-sN4fr a  

Ai_|)  
第2步 dgqJ=+z 0y  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 M0IqQM57N  
扩展阅读 2Q_{2(nQb  
扩展阅读 )1yUV*6  
 开始视频 RO3e  
-    光路图介绍 &8YI)G%