[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) ZTd_EY0q  
f ;|[  
应用示例简述 `<y[V  
`(aU_r=  
1. 系统细节 GSV,  
 光源 m
h44  
— 高斯光束 Sw#Ez-X  
 组件 &nn!{S^  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 _5M!ec  
 探测器 ;3\Fb3d  
— 视觉感知的仿真 &dvJg  
— 电磁场分布 `ZN@L<I6  
 建模/设计 u]E%R&  
— 场追迹： Ndi'b_Sh\  
 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。 /0SG  
[OG-ZcNu?  
2. 系统说明 _ %&"4bm.  
ni@D7:h  
=Cs$0aA  
3. 模拟 & 设计结果 z1!ya#,$  
&g,K5at  
4. 总结 P?n!fA>!  
fFXs:(  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ml=1R>#'  
A#1aO  
第1步 {z@vSQ=)=P  
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。 !QVd'e  
^1,]?F^  
第2步 dG7sY O@U  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 4)2*|w  
%9mB4Fc6b)  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 0x^$q? \A  
d;lp^K M  
应用示例详细内容 R$,`}@VqZ3  
8f^URN<x  
系统参数 AG}' W  
a0)+=*$  
1. 该应用实例的内容 c'`7p/l.  
8SAz,m!W)  
`H/HLCt  
2. 设计&仿真任务 Bo%M-Gmu  
+\Q6Onqr  
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。 O-T/H-J`  
oK5(,8 (4  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 }r^MXv~(  
8"8{Nf-"  
4Hzbb#  
4. 参数：SLM像素阵列 A9l^S|r  
73}k[e7e  
3pDZ}{ZZU  
5. 参数：SLM像素阵列 1b|< 
 
HqYaQ~Dth  
{##A|{$3%  
应用示例详细内容 {zF  
P\zi:]h[Gh  
仿真&结果 dje3&a  
4zf#zJw  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM /-|xxy  
 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)。 <Isr  
 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。 kI[EG<N1k  
MeplM$9  
2. VirtualLab的SLM模块 (/*-M]>  

;4qalxzu  
N,[M8n,  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 I
wH ,g^0\  
 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。 IL
%&*B  
~o # NOfYi  
3. SLM的光学功能 R:ar85F  
#='#`5_5  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 b/5~
VY*T  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 UVI=&y]c,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。 D3^v[>E2  

,MvvW{EY  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd HPCA,*YR`  
hcf>J6ZLT  
 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。 T2(+
HI2  
hR`dRbBi%  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd "V:UQ<a\  
\uPT-M*  
4. 对比：光栅的光学功能 rW6w1  
 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。 6w]]KA  
 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。 6)bfd^JYn  
 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)。 1^W Aps  
 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。 3<`h/`ku  
 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。 ]g)%yuox9F  
(6A{6_p  
@%fkW"y:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd |ITg-t  
jS- QTG!=  
5. 有间隔SLM的光学功能 ^al SyJ`  
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。 R1m18GHQ  
~ZDdzp>  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd TX+t   
"1nd~ BBOw  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 4OIN@n*4  
Anm5Cvt;i  
3
4l=U?  
6. 减少计算工作量 X>B/
DT  
n&Tv]-  
采样要求： 0ib 6}L%  
 至少1个点的间隔(每边)。 M1>a,va8Zq  
 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。 EPg?jKZava  
zld>o3K}  
采样要求： i@;a%$5  
 同样，至少1个点的间隔。 wvYxL c#p0  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 tw(2V$J  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 7xcYM  
d+w<y~\ q  
 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。 Q:LuRE!t  
 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。 XDWERvIj  
 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)。 x~z 2l#ow  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 rTJWftH!  
>@|<1Fx|  
[/kO>  
p?h;Sv/  
#}Cwn$  
7. 指定区域填充因子的仿真 :({<"H)!'  
0k>&MkM\^  
 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。 RAxz+1JT  
 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。 @88 efF  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 sDC RL%0QK  
 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)。 WI9.?(5q  
%q
HT!aP  
5 6R,+sN  
8. 总结 Rju8%FRO  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 #(H_w4  
!RD,:\5V  
第1步 vOS0E^  
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。 4ca-!pI0  
:}z%N7T  
第2步 /%c^ i!=f"  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ww2Qa-K  
扩展阅读 00p 7sZU^  
扩展阅读 CvJm7c  
 开始视频 a8 1%M  
-    光路图介绍 Dfo9jY
Pf  
 该应用示例相关文件： Gpu?z-)  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 -T8 gV1*(<  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 l.juys8s