[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

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<7a+I  
应用示例简述 H]s.=.Ki  
?%86/N>  
1. 系统细节 }G=M2V<L  
 光源 e!`i3KYn"  
— 高斯光束 C~[,z.FvO  
 组件 d-m7}2c  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 @x1-! ~z#  
 探测器 c,22*.V/  
— 视觉感知的仿真 +p^u^a  
— 电磁场分布 V :eD]zq5  
 建模/设计 =sFTxd_"iQ  
— 场追迹： !wNO8;(  
 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。 e)ZUO_Q$  
fVwUe _Y  
2. 系统说明 wzaV;ac4K  
Mtv?
:q  
H]!"Zq k  
3. 模拟 & 设计结果 h![#;>(  
GfG|&VNlz  
4. 总结 ^{{qV  
l,:F  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 x"(KBEK~  
_m>b2I?  
第1步 4YHY7J  
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。 zQA`/&=Y  
Je@v8{][|  
第2步 P4?glh q#  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 }Lv;

!  
vy/-wP|1  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 5r_|yu  
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U0f=m  
应用示例详细内容 /bEAK-  
$cR{o#  
系统参数 Ie^l~G
b  
:LTN!jj  
1. 该应用实例的内容 KG@8RtHsQ  
F"<vaqT2  
Ah<+y\C  
2. 设计&仿真任务 C7vxw-o|&p  
Tr|JYLwF
 
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。 P$sxr  
@6d[=!9  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 [V!tVDs&'o  
S$k&vc(0  
Wf<LR3  
4. 参数：SLM像素阵列 fatf*}eln  
Bf:Q2slqI  
h$=
2p5'-  
5. 参数：SLM像素阵列 i&k7-<  
nd(S3rct&  
6,uX,X5  
应用示例详细内容 o.\oA6P_  
{|\.i  
仿真&结果 KF/-wZ"1s  
?}7p"3j'z  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM KU;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)。 +>9Q/E  
 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。 ^J d r>@  
WKU=.sY  
2. VirtualLab的SLM模块 s79r@])=  

*j-aXN/$  
/@Zrq#o zx  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 MPk5^ua:  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 };g"GNy  
s<Fl p  
3. SLM的光学功能 \?N2=jsu$  
o14cwb  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 akT6^cP^  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 "]iB6  
 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。 8Eq7Sa  
s{" 2L{,$  
go"Hf_  
JLi|Td"1%  
`XB 9Mi=  
 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。 Z/K{A`  
 bF(f*u  
5Ph4<f` L~  
]~nKK@Rw  
Rh |nP&6  
4. 对比：光栅的光学功能 LDD|(KLR*.  
 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。 7)k\{&+P  
 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。 "nWw;-V}}  
 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)。 Q&V;(L62!  
 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。 4e1Y/ Xq`  
 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。 }T$p)"  
Faf&U%]*`  
)WoxMmz  
+{UcspqM  
{_Gs*<.  
5. 有间隔SLM的光学功能 hzRYec(  
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。 7=DdrG<  
IMfqiH)  

m_l[MG\  
TU7'J  
""D 4s  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 <o= 8FO  
F\KUZ[%  
pD74+/DD  
6. 减少计算工作量 7!$^r$t  
@]#1(9P  
采样要求： e!r-+.i(  
 至少1个点的间隔(每边)。 @<Yy{~L|  
 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。 ,u g@f-T  
2>H24F  
采样要求： :\}(& >  
 同样，至少1个点的间隔。 9$m|'$p3sG  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 z"4~P3>{g  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 3Le{\}-$.  
orvp*F{7[H  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 M|[oaanY'  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 D1mfm.9_r^  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 ?NP1y9Y]i  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 _{Hj^}+$  
Rx|;=-8zg  
5P$4 =z91  
pXK^Y'2C!  
Pco'l#:  
7. 指定区域填充因子的仿真 ~3S~\0&|  
,'iE;o{Tu  
 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。 n\.Vqe  
 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。 zNuJjL  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 * +wW(#[  
 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)。 %9RF  
/[>sf[X\I9  
a+PzI x2  
8. 总结 9!DQ~k%  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 3 SGDy]  
1
3=.H5  
第1步  bnLPlf  
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。 u=_mvN  
:$9tF>  
第2步 P_#bow  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 wIBO ^w\
J  
扩展阅读 wuJ4kW$  
扩展阅读 SG4%}wn%  
 开始视频 [R7Y}k:9U  
-    光路图介绍 M+9gL3W