[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) z]@6fM[  
g0&\l}&%U  
应用示例简述 ~ ?^/u8  
]l;*$2w)  
1. 系统细节 )jDJMi_[  
 光源 j-b*C2l  
— 高斯光束 Im?LIgt$  
 组件 :dnJY%/q  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ,wj"! o#  
 探测器 DuF"*R~et  
— 视觉感知的仿真 /aqEJGG>  
— 电磁场分布 JL^2l$up  
 建模/设计 m%r/O&g  
— 场追迹： ,6"l(]0  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 D4u%6R|F  
zT9JBMNE:  
2. 系统说明 wkb$^mU  
jvwwJ<K  
iK;opA"  
3. 模拟 & 设计结果 I'!/[\_  
nJFg^s1  
4. 总结 h<l1U'Bn7  
mUP.rb6  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 T.:+3:8|F  
@N.jB#nEb  
第1步 Acm<-de  
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。 01@t~v3!Z  
rf K8q'@  
第2步 U1R4x!ym4  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 -:Rp'SJ  
g@
ith&*=h  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 +j/~Af p5f  
F
-gE<<  
应用示例详细内容 *_-'/i  
rofNZ;nu  
系统参数 aX6}6zubr  
8|g<X1H{M  
1. 该应用实例的内容 1DJekiWf  
I PCGt{B~  
LHYLC>J  
2. 设计&仿真任务 c-4STPNQi  
,<Kx{+ [h  
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。 t?eH
'*>  
Xyx"A(v^l  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 l.=p8-/$'7  

N_gD>6I  
| A)\ :  
4. 参数：SLM像素阵列 ^TdZ*($5  
e":G*2a  
D-p.kA3MJ  
5. 参数：SLM像素阵列 Ctu?o+^;z  
7<\C?`q"  
(P|pRVO  
应用示例详细内容 nHXX\i  
+0$/y]k  
仿真&结果 FY3IUG  
['qnn|  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM J$ut_N):N  
 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)。 TLa]O1=Bf.  
 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。 evuZY X@  
@mQ:7-,~  
2. VirtualLab的SLM模块 OjE`1h\  

_=XX~^I,  
3R$Z[D-  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 % ZU/x d  
 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。 IVxWxM*N<  
.?W5{U  
3. SLM的光学功能 )6X.Nfkb^k  

olux6RP[B  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 v $({C  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 9WG{p[  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 9)dfL?x8V{  
{p<Zbm.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ?\=/$Gt  
u{H?4|'(  
 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。 |AZ
W9  
d9^E.8p$  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Q4]4@96Aj  
u'~;Y.@i'  
4. 对比：光栅的光学功能 2\D8.nQr  
 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。 W&Y"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。 uzr\
oj+>  
 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)。 ?9+@+q  
 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。 I27,mS+]  
 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。 32)tJ|m  
IZ,oM!Y  
coE&24,0  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd j{++6<tr  
+~zXDBS9  
5. 有间隔SLM的光学功能 sN=6gCau  
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。 <U Zd;e@  
L:nXWz  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd hf6f.Z  
z,SYw &S  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 <i\A_qqc/  
g2cVZ!GIj  
W~n.Xeu{C  
6. 减少计算工作量 6=_~0PcY  
[IZM.r`Z  
采样要求： I,@r5tKo  
 至少1个点的间隔(每边)。 4<,|*hAT  
 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。 E$s/]wnr[  
KxGX\   
采样要求： . RVVWqW  
 同样，至少1个点的间隔。 SuBeNA[&  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 +xv!$gJEj  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 w&h2y4  
;Y9=!.Ak0y  
 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。 Pn.bVV:  
 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。 ~`8hwR1&z  
 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)。 ,$*IzL~  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 jR ~DToQ  
imB#Eo4eY  
^?"\?M1  
RrrK*Fk8=  
|H}sYp  
7. 指定区域填充因子的仿真 ,Dmc2D  
q-$`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。 Oft arD  
 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。  ,*id'=S  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 #EO1`9f48x  
 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)。 <Cpp?DW_  
6SM:x]`##,  
jF ^5}5U  
8. 总结 R@Y=o].2  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _cH@I?B  
I`RBj`IF  
第1步 3k$[r$+"  
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。  P\m7 -  
U'( sn  
第2步 _;9!  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 OWjJxORB  
扩展阅读 *O$CaAr\s  
扩展阅读 0>Z ;Ni  
 开始视频 8^^[XbH  
-    光路图介绍 t G.(flW,  
 该应用示例相关文件： &-yGVx  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 $o?@0  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 []W;t\h