[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) W;2y.2*  
vAX %i(4  
应用示例简述 od!TwGX  
RE*;nSVFt  
1. 系统细节 LFtnSB8  
 光源 (Ys0|I3  
— 高斯光束 [(]uin+9Q  
 组件 w<>B4m\  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 y/E%W/3  
 探测器 (.S
j"6+  
— 视觉感知的仿真 I/t2c=f  
— 电磁场分布 s(-$|f+s  
 建模/设计 iielAj*b  
— 场追迹： -G
Q`n01  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 lRn>/7sg$  
2wikk]Z  
2. 系统说明 G$WMW@fy  
%-> X$,Q :  
FK>8(M/  
3. 模拟 & 设计结果 7N 7W0Ky
 
5@+4>[t
w  
4. 总结 p%8y!^g  
[WuN?H  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 g\GuH?|  
Z+JPxe#7  
第1步 5Q =o.wf  
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。 'jqkDPn  
wm_xH_{F  
第2步 rdSkGb  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 sZA7)Z
`7  
vT)FLhH6*  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 WQK ~;GV-  
g=Rl4F]  
应用示例详细内容 AfB,`l`k  
LS <\%A}  
系统参数 XC%u`UG  
Gu-6~^
Km9  
1. 该应用实例的内容 "]B:QeMeF!  
&( aw  
!UDTNF?1  
2. 设计&仿真任务 8k vG<&D  
D.su^m_1  
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。 oP!oU2eqK  
!E#FzY!}Pl  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 \2#7B8  
~nDbWv"  
#-W a3P  
4. 参数：SLM像素阵列 rvouE:  
NU"Ld+gw  
usc"m huQ  
5. 参数：SLM像素阵列 P-U9FKrt  
Cj'XL}  
;auT!a~a#  
应用示例详细内容 {_C2c{  
.Yg7V'R1  
仿真&结果 )&Af[mS  
\I"n~h^_  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM @kBy|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)。 -Ph"#R&  
 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。 m?GBvL$  
3e,"B S)+  
2. VirtualLab的SLM模块
ld  

K-<<s  
dT?mMTKn+  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 3'2>3Y/7Bb  
 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。 +@G#Z3;l!  

M5c$  
3. SLM的光学功能 [+;>
u|  
djmd @{Djt  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 E/OfkL*\  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 W<Ri(g-  
 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。 r?7tI0  
_O#R,Y2#  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd uidoz f2}  
wjy<{I  
 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。 vb.}SG>  
f0M5^  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd :yxP3e%rp  
!KC4[;Y  
4. 对比：光栅的光学功能 Y+)qb);  
 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。 T\v~"pMu*0  
 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。 (! a;}V<7  
 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)。 F,}7rhY(U^  
 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。 ~`yO@f;D  
 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。 XmJ?oPr7  
'/2)I8  
^i[bo3  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd T|k_$LH  
Mh"iyDGA  
5. 有间隔SLM的光学功能 P1_6:USBM  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 s.$:.*k  
}y>/#]X  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd #KUNZW  
Lrjp  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 a! gj_  
ROi_k4Fj  
&iO53I^r/  
6. 减少计算工作量 7<0oK|~c#  
AB+HyZ*//  
采样要求： c8h71
Cr  
 至少1个点的间隔(每边)。 lk
4U/:  
 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。 fA)4'7UT  
TUN6`/"  
采样要求： ^6@6BYf)  
 同样，至少1个点的间隔。 !ZS5}/ZU  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 v8U&{pD,  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 L_5o7~`0  
XyYP!<].C  
 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。 8}aS
SL]  
 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。 M~U>"kX  
 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)。 4Q(w D  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 II]-mb  
Bo4iX,zu  
Ow0(q^H<  
ra F+Bt`  
,l#f6H7p  
7. 指定区域填充因子的仿真
R^6]v`j;  
xf3;:soC  
 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。 %Vb~}sT:  
 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。 E?h'OR@_ L  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 awgS5We|  
 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)。 a;f A0_  
uCjbb  
| MXRNA~  
8. 总结 PNpH)'C|
 
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ~p{ fl?  
!JQ'~#jKN  
第1步 'XI-x[w  
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。 <z QUa  
_|>bOI  
第2步 4oPr|OKj{*  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 b6^#{))"  
扩展阅读 :0% $u>;O:  
扩展阅读 DI\^&F)3T2  
 开始视频 Bgs,6:  
-    光路图介绍 DfZ)gqp/Av  
 该应用示例相关文件：
k&= iye(  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 E9Hyd #
A  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 `L @`l