[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

'Fonn  
应用示例简述 uXhp+q\  
uFok'3!g7%  
1. 系统细节 2$\f !6p  
 光源 LL[+QcH  
— 高斯光束 hJ}G5pX  
 组件
etTuukq_Z  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ]6:5<NW  
 探测器 ..~{cU4Tt  
— 视觉感知的仿真 aLsGden|  
— 电磁场分布 vi5~Rd`  
 建模/设计 Fn[~5/  
— 场追迹： s &.Z;X
 
 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。 R=e`QMq  
htF&VeIte  
2. 系统说明 _Jp_TvP>  
jV<LmVcZY  
61mQJHl.  
3. 模拟 & 设计结果 8p5'}Lq  
Iewq?s\Fo  
4. 总结 /ZzlC#`  
.s!:p pwl  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 AoR`/tr,  
TuF:m"4  
第1步 ;m5M: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。 i
F%q
6R  
yr=r?h}  
第2步 :w];N|48s  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 sRMzU  
xJ"KR:CD>  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 3%P?1s  
ALwuw^+  
应用示例详细内容 V`H#|8\i  
/tUl(Fp J`  
系统参数 l,X;<&-[  
r]E$uq bR  
1. 该应用实例的内容 q@\_q!  
p/:5bvA  
|.S;z"v![  
2. 设计&仿真任务 ex|kD*=  
}UO,R~q~  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 ^s?wnEo;j  
eyE
&<:F#J  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 s{IoL_P
JP  
7d<v\=J
}  
cpy"1=K~M  
4. 参数：SLM像素阵列 kDz
.{Ih  
oby*.61?5l  
]SPB c  
5. 参数：SLM像素阵列 Wp]EaYt2D  
OM
.^>=  
PWmz7*/  
应用示例详细内容 v]J# SlF  
U=t'>;(g  
仿真&结果 l6WcnJ  
Qnw$=L:  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM U\ L"\N7  
 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)。 R#`itIYh  
 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*zK"n  
##
5/%#eZ  
2. VirtualLab的SLM模块 <2Q@^  

|. 6@-h~8  
BNy"YK$  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ,YY#ed&l  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 H94.E|Q\+  
d"78:+  
3. SLM的光学功能 \1!k)PZdTW  
n,F00YR  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 {eXYl[7n  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 /Ow?nWSt  
 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。 m=9N^_  
Q*8-d9C  
bxN;"{>Xz  
c|R/,/  
e!yw"Cf*  
 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。 x.yL'J\)  
Kzb@JBIF  
c{Kl?0#[  
eTc`FXw`  
E8i:ER $$7  
4. 对比：光栅的光学功能 {X$Mwqhpp;  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 /4?`F}7)  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 f*],j  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 Ic}ofBK  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 b8>9mKs  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 Dkb
&/k:)  
_p&$X  
!`_f\  
P
1wRt5  
q?L
(V+X  
5. 有间隔SLM的光学功能 {*U:Wm<  
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。 ak>NK
K8P  
hBhkb ~Oky  
sQZ8<DpB  
}L!`K"^O&  
CiI: uU  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 zRu`[b3u<  
|esjhf}H>v  
G 7]wg>*  
6. 减少计算工作量 >n~p1:$  
;#
9|l=  
采样要求： MuGg z>CV[  
 至少1个点的间隔(每边)。 8>q%1]X  
 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。 "6yiQ\`J  
qD*\}b]9I  
采样要求： %>2t=)T  
 同样，至少1个点的间隔。 A=UIN!  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 uR@`T18  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 SAh054/St  
i[{] LiP  
 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。 f9UaAdJ(  
 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。 ,,@`l\Pgd  
 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)。 `HG19_Z  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 =jc8=h[F<  
-5 /v`  
ACO4u<M)  
a~F@3Pd  
6;frIl;  
7. 指定区域填充因子的仿真 |HGb.^f?  
<C%-IZv$  
 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。 jHlOP,kc  
 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。 I<./(X[H:#  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 >JPJ%~y  
 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)。 4>VZk^%b#  
R.IUBw5;/  
=veOVv[Q&/  
8. 总结 9C}aX}`  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 :$i:8lz  
eD{ @0&
 
第1步 &17,]#3  
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。 6'Yn|A  
<hZ}34?]i2  
第2步 c4>sE[]  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 }<ONxg6Kb  
扩展阅读 D4Y!,7WEVt  
扩展阅读 yF5  
 开始视频 *C@[5#CA2z  
-    光路图介绍 DJYXC,r