[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) R+@sHsZ@  
Sf.8Ibw  
应用示例简述 0N} wD-  
Cx1Sh#9  
1. 系统细节 F(J!dG5#  
 光源 ?L~=Z\H  
— 高斯光束 
2C 8L\  
 组件 tZc.%TU  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 +2_6C;_DX  
 探测器 6{FS/+  
— 视觉感知的仿真 iA{chQBr  
— 电磁场分布 )oz-<zW  
 建模/设计 .-1{,o/
&Q  
— 场追迹： 3<1HqU  
 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。 G3^n_]Jb  
.ON$vn7  
2. 系统说明 6r-<XNv)0  
MlcoOi!  
{KQ-Ce-6  
3. 模拟 & 设计结果 4)>\rqF+v  
zWR*g/i  
4. 总结 VHXR)}  
"351s3ff  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 XH Zu>[  
s'fcAh,c6  
第1步 `- uZv  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ~)
\1g0  
-^nQ^Td=j  
第2步
:O@,Z_"  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Q/9vDv  
]6c2[r?g{  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 >=q!!'$:  
`X]2iz
 
应用示例详细内容 x.4)p6  
bMK'J  
系统参数 Ivgwm6M  
`efH(  
1. 该应用实例的内容 + 1%^c(3  
HDXjH|of  
6;=wuoJi  
2. 设计&仿真任务 ^{]sD}Q"  

pQm!Bt L  
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。 '' A[`,3  
 sCf(h  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 `?S?)0B  
B[m{2XzGH  

>A@D;vx  
4. 参数：SLM像素阵列 0Ukl#6  

$A!h=]  
9,a,A6xry  
5. 参数：SLM像素阵列 ';L^mxh  
Chi<)P$^  
s$y#Ufz  
应用示例详细内容 2n+XML  
"l;8 O2;g  
仿真&结果 kp>Z/kt  
(9q{J(44  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM +Q#Qu0_   
 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)。 F>-@LOqHy  
 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。 )aA9z(x  
s/&]gj"  
2. VirtualLab的SLM模块 xwp?2,<  

xr-`i  
)PATz #  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ^E?V+3mV  
 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。 7wEG<,D  
Jt, 4@  
3. SLM的光学功能
=Bqa<Js  
Y/I6.K3  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 DWxh{h">  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 |Ie`L("  
 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-FDCiN>  
Lj1 @yokB  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd !l~aRj-WZ  
7?WBzo!!L  
 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。 DN{G$$or  
6zZR:ej  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd H 1X]tw.  
Sg
~A
'dG  
4. 对比：光栅的光学功能 }? '9L:  
 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。 ?v~3zHK  
 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。 q;~>h  
 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)。 R'HA>?D  
 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。 0BD((oNg  
 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。 __%E!*m"<_  
ga9:*G!b{)  
tBUQf*B  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Ui;s.f  
.TS=[WGMS  
5. 有间隔SLM的光学功能 ]+7c1MB(5  
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。 V/%;:ul.  
",_
  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd oT{yttSNo  
RYaofW  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 eE_X
wLE  
0! %}  
shvcc  
6. 减少计算工作量 s""8V_,;  
7V``f:#d  
采样要求： yyDBW`V((  
 至少1个点的间隔(每边)。 Q8:ocEhR  
 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。 ]arskmB]  
,X6j$YLWp  
采样要求： dph6aN(49  
 同样，至少1个点的间隔。 agD.J)v\  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 `I{Q,HQ7  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 >g2
.z>  
ha~s< I  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 V3UGx'@^y  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 E1g$Wh
XIS  
 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)。 Y\\nJuJo  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 @ xr   
=upP3rw  
[ Ulo; #P  
%n,bPa>T  
Z`t?kXDNoI  
7. 指定区域填充因子的仿真 y@JYkp>I  
EBLoRW=8ld  
 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。 XLxr~Yo  
 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。 ^SCWT\E  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 VNXVuM )c  
 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)。 rM |RGe  
Q6>( Z  
"PtH F`mo  
8. 总结 0VPa;{i/  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 W7"s
WaOhW  
5Oq;V:7  
第1步 u)pBFs<dn  
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。 RVnYe='  
(B#|3o  
第2步 
T,>e\  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 #9Z-Hd<  
扩展阅读 KZNyp%q  
扩展阅读 *
[n^6)  
 开始视频 wv-8\)oA  
-    光路图介绍 !o!04_  
 该应用示例相关文件： [Nc
Ok,  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 t57b)5{FM  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 (J*0/7 eX