[技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

空间光调制器(SLM.0002 v1.1) ;,B@84'  
<T_Nlar^^  
应用示例简述 A_q3p\b  
%k;FxUKi  
1. 系统细节 M"$RtS|h  
 光源 L pi_uK  
— 高斯光束 z#E,96R
 
 组件 O"-PNF,J  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 em9]WSfZ@`  
 探测器 ?L#SnnE  
— 视觉感知的仿真 zQ|x>3  
— 电磁场分布 eNC5' Z  
 建模/设计 (_n8$3T75  
— 场追迹： cSs
/XJZ  
 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。 mlw BATi  
B3+WOf5W  
2. 系统说明 U#1yl6e\I  
cCbr-Z&  
G-i_s6Wu  
3. 模拟 & 设计结果 Y)5uK:)^  
AA& dZjz  
4. 总结 [MXXY  

{)[g  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 !zJ67-G  
BHE =Zo  
第1步 dvWlx]'  
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。 |Gs-9+'y  
*U^I`j[u  
第2步 [[DFEvOEh  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 yrYaKh  
L8K3&[l%  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 !
skWe~/  
i@j ?<  
应用示例详细内容 i&Cqw~.H  
u]-El}*[  
系统参数 Fl>j5[kLZ  
$I0a2Z=dP  
1. 该应用实例的内容 KQZRzX>0  
r$eL-jQmn  
y
Wk:u 5  
2. 设计&仿真任务 1;[ <||K  
(9_e>2_  
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。 vgZPDf|  
M_ cb(=ey  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Cr
X-
?$  
^a5~FI:  
e14Q\  
4. 参数：SLM像素阵列 rtOW-cz  
,^66`C[G  
?gP/XjToMg  
5. 参数：SLM像素阵列 \`9|~!,Ix7  
Jpnp'  
DYk->)   
应用示例详细内容 iZ;jn8  
(X'K)*G#  
仿真&结果 =,Um;hU3r  
JkEQ@x  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM +mPB?5  
 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)。 EHJc*WFPU-  
 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&L6  
5d;K.O  
2. VirtualLab的SLM模块 EqwA8?M  

mM~Q!`Nf.  
GDe$p;#"9g  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 @d9*<>@:  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 2uB26SEIl  
-
/*{^[  
3. SLM的光学功能 <"9Z7" >  
dQo$^?  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ECfY~qK  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 _\]UA?0  
 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。 j+v)I=  
x6P^IkL:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd #f@53Pxb  
9{&x-ugM  
 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。 c
v&hT.1  
 F<1'M#bl  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd N#qoKY(#  
aMD?^  
4. 对比：光栅的光学功能 RT9|E80  
 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。 \EqO;A%<  
 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。 sbb{VV`I  
 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)。 ?q7Gs)B=^'  
 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。 u(qpdG||7  
 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。 }0*7bb  
EH%j$=@X  
RR9s%>^  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd #`EMK  
<CdO& xUY  
5. 有间隔SLM的光学功能 3KZ h?~B  
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。 v7RDoO]I  
zoXF"Nz  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd V!4E(sX  
#6nA^K}  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 p_5+L@%Gb  

-rrg?4  
6 >2! kM7  
6. 减少计算工作量 x6]?}Q>>D
 
ENr&k(>0HQ  
采样要求： _TiF}b!hi  
 至少1个点的间隔(每边)。 dv:
&N  
 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。 z5zm,Jw  
WbF\=;$=7  
采样要求： nfR5W~%*:  
 同样，至少1个点的间隔。 {M5IJt"{4b  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 r>OE[C69  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 vOU-bF%u  
?J AzN  
 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。 nfU}ECun4  
 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。 37DvI&  
 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)。 'L7.a'  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 MDZb|1.AT  
W*#/@/5  
\(s";@  
R8]bi|e)  
qxNV~aK  
7. 指定区域填充因子的仿真 6I<`N  
2
oRmro  
 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}lSnWY[[  
 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。 sP#5l @  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 [ CY=  
 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)。 tVwN92*J  
v}U;@3W8U  
/nNHI34  
8. 总结 sTONkd  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 z'o+3zq^  
7UiU3SUcg  
第1步 qIl@,8T  
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。 m"5gzH  
psBBiHB[L  
第2步 8^~]Ym:  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 GOjri  
扩展阅读 pbNVj~#6  
扩展阅读 +=QboUN  
 开始视频 U8z,N1]r*`  
-    光路图介绍 p}\!"&,^m  
 该应用示例相关文件： : s
35{K  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 4_eq@'9-q  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 <cS1}"