[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) \)T4NN  
^k}jPc6  
应用示例简述 @y`7csbp  
& pS5_x  
1. 系统细节 ;u: }rA)  
 光源 Fh$Xcz~i  
— 高斯光束 3:WXrOl  
 组件 ]Q\/si&  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 WD5ulm?91|  
 探测器 :S |)  
— 视觉感知的仿真 kihO~<  
— 电磁场分布 ur2`.dY>3"  
 建模/设计 tvG/oe .1'  
— 场追迹： IT0*~WMZ  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 1(z+*`"WB&  
&O.S ;b*+  
2. 系统说明 G|Y9F|.!  
UZ+FV;<  
I|?Z.!I|  
3. 模拟 & 设计结果 ,*@6NK,.  
A">A@`}  
4. 总结 %L$P']%t@  
?(CMm%(8  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ,HdFE|  
K r&HT,>B  
第1步 i;$'haK<  
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。 hol54)7$3:  
*xOrt)D=  
第2步 L?n*b  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ]OOL4=b  
VJeN m3WNb  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 nn_j"Nu  
' cl&S
:  
应用示例详细内容 8y{<M"v+/  
Gm.n@U p  
系统参数 8?r ,ylUj  
\ oIVE+L/P  
1. 该应用实例的内容 8vcV-+x  
qe:,%a-9  
\5_7!.  
2. 设计&仿真任务 ymBevL  
\Podyh/;?  
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。 |mfQmFF  
QMfa~TH#p  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ~sQN\]5VW  
/0mbG!Ac  
NVMhbpX6  
4. 参数：SLM像素阵列 ^V~rS8]gj  
YGObTIGJvf  
D/Y.'P:j  
5. 参数：SLM像素阵列 \gL H_$}  
%jY/jp=R  
gHC -Y 0_  
应用示例详细内容 HhaUC?JtSK  
$3sS&i<  
仿真&结果 Q+[e)YO)  
d\dt}&S 5  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM |wZ8O}O{E  
 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)。 v3+\Aq   
 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。 #"a?3!wr  
Z2WAVSw  
2. VirtualLab的SLM模块 ++
:vO  

'@u/] ra:  

EW{z?/  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 V$+xJ  m  
 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。 })|+tZ  
6v0^'}  
3. SLM的光学功能 $LZf&q:\]*  
]+W+8)f1M  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 pAYH"Q6~)I  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 $Tt@Xu  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 8| zR8L  
*tjE#TW  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd jBV2]..  
dx@#6Fhy  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 A?3hNvfx  
<$n%h/2%  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd |$":7)eH!  
Mu18s}  
4. 对比：光栅的光学功能 F9ry?g=h  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 hNXPm~O
K\  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 uRKCvsisX  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 REhXW_x  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 0i9y-32-  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 N7*JL2Rnq  
G.O0*E2V  
}.7!@!q.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ;"&^ckP  
[syuoJ  
5. 有间隔SLM的光学功能 ~-Rr[O=E  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 n6[bF"v  
j_\sdH*r  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd Pv`yOx&nE  
6z"fBF  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 BG"~yyKA  
,:QG%Et  
>\8Bu#&s4  
6. 减少计算工作量 i)\`"&.j>N  
7CABM  
采样要求： LS4c|Dv  
 至少1个点的间隔(每边)。 GdR>S('  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 ?};}#%971  
BXaA#} ;e  
采样要求： yEtSyb~GK  
 同样，至少1个点的间隔。 =+97VO(w]G  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 e6k}-<W*q  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 '+Dn~8Y+9  
xzy7I6X  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 9">}@1k  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 [Ym?"YwVX  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 UMo=bs  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 zrE ~%YR  
<[?oP[ j  
,y3o ,gl  
y)|Q~8r  
xg'z_W  
7. 指定区域填充因子的仿真 BkJV{>?_
+  
]}8<h5h)  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 7s,IT8ii  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 &m`1lxT  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 -fz |  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 A(W%G|+  
 e1S |&W8  
uezqC=v$h  
8. 总结 X7{ueP#L  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 wtetB')yD  
/P5w}n  
第1步 22`W*e@6h  
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。 fg%I?ou  
5Qo\0YH  
第2步 {IYfq)c  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 d[w'j/{  
扩展阅读 &'N{v@Oi)  
扩展阅读 PNd]Xmv)  
 开始视频 0MF[e3)a  
-    光路图介绍 ['sj'3cW-  
 该应用示例相关文件：  1SP)`Q  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 R?(0:f  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
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