[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) <rmvcim{*  
PzR[KUK  
应用示例简述 /OJ`c`>Q:  
[=_jYzD,j|  
1. 系统细节 (3&?wy_l  
 光源 -S+zmo8  
— 高斯光束 - CWywuD  
 组件 }#E[vRf  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 GDy9qUV  
 探测器 \B 7tX  
— 视觉感知的仿真 Y)a^(!<H<  
— 电磁场分布 {91nL'-'  
 建模/设计 (%:c#;#  
— 场追迹： +&"zU GTIc  
 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。 y#$CMf -q^  
eNu7~3k}  
2. 系统说明 |B2+{@R  
7`hP?a=  
~| 6[j<ziL  
3. 模拟 & 设计结果 lUiL\~Gq  
SC])?h-Fw  
4. 总结 <1COZ)  
.K<Q&  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 "v4B5:bmqW  
wsVV$I[2
 
第1步 mo#04;VF  
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。 Dl8;$~  
E\2%
E@0#  
第2步 @k/NY*+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 K:Q<CQ2  
b,%C{mC  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 yEj^=pw  
AjgF6[B  
应用示例详细内容 L`E
Bfz\n  
\K<QmK  
系统参数 R n*L  
78%~N`x7  
1. 该应用实例的内容 yqiq,=OvP  
*GN# r11d  
=+?7''{>  
2. 设计&仿真任务 CoAvSw  
;?g6QIN9  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 w~?~g<q  
 ?_"ik[w}  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 bB;5s`-  
3J438M.ka  
h@]XBv  
4. 参数：SLM像素阵列 L4|`;WP  
Sw^u3  
,tJ" 5O3-  
5. 参数：SLM像素阵列 }sO&. ME  
W#C*5@8  
Y~E`
9  
应用示例详细内容 fGw9!  
%zw1}|s#z  
仿真&结果 ["e3Ez  
1!T1Y,w  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 0f>5(ek  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 )$bS}.  
 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。 f/Bp.YwL  
6,9>g0y'NG  
2. VirtualLab的SLM模块 T+k{W6  

X~,aNRy  
h"lv7;
B$  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 y(pks$  
 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。 jc f #6   
#!KE\OI;@5  
3. SLM的光学功能 E5lBdM>2  
!*. -`$x  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 r|P
B*`  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 -rli(RR)|  
 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。 zY!j:FT1HY  
Gc;{\VU  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd $.rhRKs  
oVfLnI;  
 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。 Q &K  
)i^<r;_z  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd }\:NuTf  
qd)/9*|Jl  
4. 对比：光栅的光学功能 dl@%`E48w  
 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。 [>%xd)8.c  
 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。 :'l^kSP_*C  
 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)。 *8_wYYH  
 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。 Uu(SR/R}  
 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。 $LFYoo
vX  
g($DdKc|g  
<drODjB  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ;^%4Q
"  
PFne+T!2F  
5. 有间隔SLM的光学功能 (/j/>9iro  
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。 4k_vdz  
91g2A|  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd &wCg\j_c  
|O9O )o  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 q$tUH)0  
'*w00  
7Vo$(kj  
6. 减少计算工作量 OAkZKG|  
\2"I;  
采样要求： <Fc;_GG  
 至少1个点的间隔(每边)。 9Ujo/3,Ak  
 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。 fNt`?pWH  
#32"=MfQn  
采样要求： t@N=kV  
 同样，至少1个点的间隔。 7KL v6]b  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 kZZh"#W: L  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 E5xzy/ZQ  
2Yn <2U/^R  
 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。 p@5`&Em,  
 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。 SB|Qa}62  
 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)。 Yc `)R  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 khrb-IY@  
W$OG(m!W>  
=L:4i\4  
fM63+9I)\  
G) 7;;  
7. 指定区域填充因子的仿真 ()+<)hg}2  
vUU9$x  
 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/_f zg  
 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。
EzV96+  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 "C19b:4H  
 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)。 \cUNsB5  
?$^2Umt0  
9qz6]-K  
8. 总结 D+z?wuXk  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 7Kal"Ew  
\r,Q1n?7  
第1步 S=nzw-(I  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 4V==7p x(  
s
q[iY  
第2步 Jjv=u  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 "a1n_>#Fb  
扩展阅读 ul2")HL];  
扩展阅读 (?{MEwHG  
 开始视频 @$c\dvO  
-    光路图介绍 V<@ o<R  
 该应用示例相关文件： ^[XYFQTL  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 mkF"   
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 vIwCJN1C