[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

/^v?Q9=Y  
应用示例简述 =LEKFXqM  
R{uq8NA- W  
1. 系统细节 JfS:K'  
 光源 {Hxvt~P  
— 高斯光束 iTJSW  
 组件 Ta^l1]9.*  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 a=}JW]  
 探测器 ICwhqH&  
— 视觉感知的仿真 `oQ)qa_  
— 电磁场分布 q|,cMPS3  
 建模/设计 9Ps[i)-  
— 场追迹： \lwYDPY:  
 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。 -7\Rl3c  
R?@F%J;tx  
2. 系统说明 <;}jf*A  
Rd7[e^HSN  
h>V8YJ  
3. 模拟 & 设计结果 tr3Rn :0]  
!pY=\vK;  
4. 总结 [!9dA.tF  
v).V&":  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 -{H;w=9  
"e.QiK  
第1步 vM@2C'  
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。 wG6@.;3  
;O` \rP5w  
第2步 _q*4+x  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 *c'nPa$+|S  
rF C6"_  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 f@U\2r  
Z@ AHe`A  
应用示例详细内容 "J:~Aa%
_  
P{2V@ <}  
系统参数 H{Tt>k  
nk.m Gny  
1. 该应用实例的内容 V?"X0>]0  
g}HB|$P7  
?Ne@OMc  
2. 设计&仿真任务 X :2%
U  
+76{S_CZ  
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。 <s/n8#i=H  
h!# (.P  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 c"qaULY  
Exir?G}\  
]iu}5]?)  
4. 参数：SLM像素阵列 g$C-G5/bjD  
5)X;q-  
];BGJ5^j  
5. 参数：SLM像素阵列 S;a'@5  
C'8v\C9Ag  
27mGX\T  
应用示例详细内容 yh9fHN)F  
~x<nz/^  
仿真&结果 VrL==aTYXs  
566vjE  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM huh-S ,M  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 "E`;8SZa  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 kO3{2$S6  
^`b&fbv  
2. VirtualLab的SLM模块 |Z%I3-z_DS  

Hg8n`a;R  
Q\(VQ1c  
 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Uu  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 X r7pFw  
Q y(Gy'q~  
3. SLM的光学功能 |$[WnYP  
R#j-Z#/"  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 gucd]VH  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 _?UW,5=O  
 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。 _@es9  
'qD5  
u{%gB&nC  
[hy:BV6H+  
nya-Io.  
 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。 mHTZ:84  
J?/.|Y]e  
D&1*,`  
1rhsmcE  
ml7nt0{  
4. 对比：光栅的光学功能 Izrf42 >k  
 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。 f.f5f%lO~  
 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。 $lk
d9r1  
 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)。 eF8!}|*N  
 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。 z4l
O  
 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。 1_JxDT,=>  
\Ol3kx|  
"BB#[@
 
 ESOuDD2<  
F|._'i+B!  
5. 有间隔SLM的光学功能 ^{<x*/nK  
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。 AF{k^^|H  
_Q<wb8+/  
f'/@h Na3  
bS 'a)  
N*t91 X  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 .K![<eZ  
75Xi%mlE7  
oo\0X  
6. 减少计算工作量 KMz\h2X  
GD1=Fb"&)  
采样要求： lD09(|`  
 至少1个点的间隔(每边)。 v4L#^Jw(^p  
 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。 <}pwFl8C)  
I\R5Cb<p  
采样要求： _]E ~ci}  
 同样，至少1个点的间隔。 )c@I|L  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Wpom{-  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 riI0k{  
fShf4G_w\  
 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。 ]d"4G7mu`l  
 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。 iKB8V<[\T  
 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)。 2G"mm(   
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 G'XlsyaWrb  
Kq/W-VyGh  
&fYx0JT  
a/+tsbw  
W38My j!  
7. 指定区域填充因子的仿真 ?uUK9*N  
:oF\?e  
 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。 G
y[;yLnX  
 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。 AqVTHyCu  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 'l\V{0;mp  
 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)。 cL*D_)?8  
/U<-N'|  
EWN$ILdD  
8. 总结 GCrh4rxgg  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 >HnD'y*  
L@?Dmn'v  
第1步 LBtVK, ?  
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。 ]sO})  
YZ\$b=-  
第2步 Vn1kC  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 I/9ZUxQCyG  
扩展阅读 !U#kUj:4I  
扩展阅读 sSOI5W3A  
 开始视频 ?/"@WP9  
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