[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

{&K#~[)  
应用示例简述 hr]NW>;  
-R6z/P(}  
1. 系统细节 %v}:#_va]  
 光源 ;y"E}h  
— 高斯光束 &Hh%pY"  
 组件 Zu~ #d)l3N  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 /xf%Rp4}  
 探测器 2!&:V]  
— 视觉感知的仿真 (sr_&7A  
— 电磁场分布 Q v{q:=k  
 建模/设计 <=19KSGFt  
— 场追迹： L$(W* PG}  
 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。 IybMO5Mwn  
n:k~\-&WJ  
2. 系统说明 PX]A1Kt?  
[@>Kd`!'  
L & PhABZ  
3. 模拟 & 设计结果 o @&#*3<_e  
|q5\1}@:
  
4. 总结 299; N  
<M+ZlF-`  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 -Frx{3  
9"MC<  
第1步 rJ!xzg
e;G  
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。 T(3"bS.,  
! daXF&q  
第2步 7%)4cHZ^$?  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 6aMqU?-
 

;t*45  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 `n5|4yaG~  
JNX7]j\  
应用示例详细内容  D&N5)   
o?hya.;h4  
系统参数 k[G?22t  
na8A}\!<  
1. 该应用实例的内容 fE_QB=9 cz  
8$3Tu"+;  
cB?HMLbG>  
2. 设计&仿真任务 2/>AmVM  
VCvuZU{<  
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。 jOEb1  
4[+n;OI  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 m=j7 vb  
Ng+k{vAj  
M@{GT/`Pf  
4. 参数：SLM像素阵列 MdEZ839J  
= #ocp  
KvktC|~?  
5. 参数：SLM像素阵列 /r}t  
pB
macFP  
}bix+/]  
应用示例详细内容 ]km8M^P  
ot-!_w<  
仿真&结果 3go!P])  
y;#p=,r  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ::adT=  
 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)。 -+ $u  
 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。 dsJ}C|N  
0)9GkHVu(  
2. VirtualLab的SLM模块 &o:ZOD.  

\? MuORg  
,:;nq>
;  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 T6AFwo,Q  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 u%h]k ,(E  
Rn-L:o@?  
3. SLM的光学功能 G^ n|9)CVW  
A
O/J:`  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 #M{
}Grg  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 f+L )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。
jd(=? !_  
G7zfyw}W  
%{o5}TqD  
a>""MC2  
T[ky7\  
 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。 "$ u"Py  
-41L^Di\  
r1F5&?{q  
1v,4[;{  
9$#2+G!J  
4. 对比：光栅的光学功能 SM0
=  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 0/-[k  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 !m]76=@  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 d{9jd{ _#G  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 qK(?\t$  
 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。 Yxi.A$g  
C7)].vUN  
'4N[bRCn  
i,b>&V/Y$  
(8H "'  
5. 有间隔SLM的光学功能 nFxogCn
 
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。 *B@<{x r  
&8~U&g6C  
 ) VJ|  
-+O8v;aC'  
}ZR3  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 {?eD7xL:-  
NV*
t  
(QqKttL:  
6. 减少计算工作量 IjNE1b
$  
Av+
R~&h  
采样要求： >f}rM20Vm  
 至少1个点的间隔(每边)。 INcJXlv  
 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。 ;QW)tv.y  
]6}|X#_  
采样要求： 9>[$;>  
 同样，至少1个点的间隔。 Wp T.25  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 DQ~+\  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 MPNBA1s  
se7_:0+w  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 \s+<
w3  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 9SMM%(3, r  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 ]NsbV  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 H|75,!<  
i[WTp??Uv  
=}_c=z?UY  
X~n Kuo  
*|hICTWL  
7. 指定区域填充因子的仿真 uw;s](~E  
l3(k  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 Q:@Y/4=  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 >;0z-;k6  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 2u#
{K9g  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 Z#^2F8,]  
^c.b@BE  
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2QDI6_  
8. 总结 Y@;bA=Du}  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Y$Os&t@bu  
cUS2*7h  
第1步 .8fOc.h8h  
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。 *4=Fy:R]O  
42Ql^ka  
第2步 RC\TPG/8!  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ];j
8vts&  
扩展阅读 x{RTI#a.  
扩展阅读 +.[#C5  
 开始视频 Y5Ey%Mm6  
-    光路图介绍 WMl_$Fd6