[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

P=5NKg  
应用示例简述 oy<
J6  
yxBUj*3  
1. 系统细节 Oc&),ru2l  
 光源 a?
R[J==  
— 高斯光束 ZE`lr+_Y  
 组件 e0;  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 hGf-q?7  
 探测器 <g9"Cr`  
— 视觉感知的仿真 b%t+,0s|  
— 电磁场分布 [ "xn5lE  
 建模/设计 d3]hyTqbtm  
— 场追迹： IOK}+C0e  
 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。 V5D`eX9  
5=KF!?  
2. 系统说明 Y1dVM]l  
7);:ZpDv%L  
L"<B;u5pM  
3. 模拟 & 设计结果 r Db>&s3  
(H?ZSeWx  
4. 总结 IB
|]fzy  
OSzjK7:  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 PzY)"]g  
oY`qInM_  
第1步 -s$<Op{s  
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。 j|e[s ?d  
xiyxrR;  
第2步 <SVmOmJ-K  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 M@p"yq  
!~
lW3  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 e(1k0W4B  
?
G?gy2
 
应用示例详细内容 mh;X~.98  
>m_v5K  
系统参数 D{'#er  
^^(<c,NX#M  
1. 该应用实例的内容 *(cU]NUH_  
eFTX6XB:i  
WP-jtZ?!"  
2. 设计&仿真任务 &k T"oK  
`eRLc}aP2  
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。 /f1'm@8;  
3z{S}~  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 gY`Nr!O  
J?P]EQU  
'nK~'P
Z,  
4. 参数：SLM像素阵列 wAbp3hX  
|ia@,*KD  
;^l_i4A  
5. 参数：SLM像素阵列 fo\\o4Qyh  
yZSvn[f  
2w?G.pO#  
应用示例详细内容 GH'O!}  
vW' 5` %  
仿真&结果 "E*8h/4u  
|0{ i9.=  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM '=} Y2?(  
 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)。 Q:S\0cI0  
 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。 w1B<0'#  
~SVQ;U)-  
2. VirtualLab的SLM模块 =LZ>su  

~Sy-gaJ  
%OI4a5V*l  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 2 X<nn  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 |#T
XE|#ux  
=cfm=+  
3. SLM的光学功能 v`)m">e*w  
i+~QDo(Pi  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Wp*sPZ  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 6MrKi|'X@  
 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。 k)E;(
 
K[?R[  
]+IVSxa!u  
MM_py!=>7  
oofFrAaT  
 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。  3t  
IYNM
U\s  
Ea`OT+#h(*  
*5wv%-  
[:i sZG*  
4. 对比：光栅的光学功能 \o9@>&2  
 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。 ||a`fH  
 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。 |h1^Gv  
 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,1exgq9  
 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。 /8p&Qf>lJ1  
 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。 -fM1$/]  
e<'U8|}hc{  
`2x34  
TczXHT}G  
'?R=
P  
5. 有间隔SLM的光学功能 uAb 03Q  
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。 Z90Fcp:R  
(^S5Sc=  
b@-)Fy4d2  
-~'kP /E^  
'aPCb`^;w  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 5TET<f6R  
 {@\/a  
Bi_J5 If  
6. 减少计算工作量 6ZHv,e`?  
NhtEW0xCr  
采样要求： u.&|CF-  
 至少1个点的间隔(每边)。 Q}z{AZ  
 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。 QAXYrRu  
H8"tbU  
采样要求： ;5RIwD  
 同样，至少1个点的间隔。 j}RM.C\7  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Fs9W>*(  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 q5gP~*?  
`g8tq  
 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。 RD9Yk  
 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。 >;.*  
 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)。 mE_iS?1  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 GsRt5?X/*  
]h!*T{
:  
#?5VsD8  
DzmqR0)  
G%`cJdM  
7. 指定区域填充因子的仿真 c8tP+O9  
T@>63  
 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。 kpY%&  
 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。 =KW|#]RB^  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 |>[X<>m  
 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)。 ~{Ua92zV9  
C0f[eA  
v5gQ9  
8. 总结 L`JY4JM"  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0Sz/c+ 6  
tpd|y|  
第1步 T)O]:v  
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。 aH9L|BN*  
aEZJNWv  
第2步 _BCT.ual  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 PKATw>zg<  
扩展阅读 2"_ 18l.  
扩展阅读 @>Biyb  
 开始视频 G)K9la<p  
-    光路图介绍 9`E-dr9