[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) gl "_:atW  
_Ex|f5+  
应用示例简述 hy!6g n  
F. T@)7  
1. 系统细节 agT7=hX].  
 光源 j|(:I:]  
— 高斯光束 Y&GuDLUF  
 组件 ve-8*Xa  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ]nc2/S%  
 探测器 "i%jQL'.  
— 视觉感知的仿真 p:tN642  
— 电磁场分布 kFwxK"n@C  
 建模/设计 }"4roJ  
— 场追迹： iC*U$+JG  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 Mpm#GdT  
_z]v<,=3M  
2. 系统说明 j)";:v  
n1 v,#GE  
afUTAP@  
3. 模拟 & 设计结果 [pR)@$"k'  
M=[th  
4. 总结 (yGQa5v  
9-93aC.|}  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *B{-uc3o  
 i6 L  
第1步 `xIh\q  
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。 >a@>N  
m^A]+G#/  
第2步 @yKZRwg  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 4>k I^  
2d~LNy  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 (:OHyeNt  
)&z4_l8`=  
应用示例详细内容 N7pt:G2~%  
"mtp0  
系统参数 D$hQyhz'  
~6sE an3p  
1. 该应用实例的内容 :~33U)?{T  
^#w{/C/n  
PkJcd->  
2. 设计&仿真任务 +6376$dC  
50,Y  
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。 ZpWu,1  
5p )IV>G  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 <m1sSghg  
R,b59,&3/  
Rf:<-C0T  
4. 参数：SLM像素阵列 !7c'<[+Hm  
n1?}Xq|  
Z(UD9wY5m  
5. 参数：SLM像素阵列 P&\X`ZUA  
I%i:)6Un-y  
G4m4k  
应用示例详细内容 HEpM4xe$  
H pFb{  
仿真&结果 @>:i-5  
XNlhu^jh  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM CO'a
r,  
 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)。 J[r^T&o  
 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。 ?`aTu:1#Z  
N]u2ql&  
2. VirtualLab的SLM模块 T`Ro)ORC#  

y1u9B;Fd  
B52H(sm  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 DM'qNgB7  
 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。 5H*>  
BkV(81"C  
3. SLM的光学功能 ^]7,1dH}M  
xx0k$Dqt2I  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 jE*Ff&]%m  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 EZ{/]gCK  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 HT&p{7kFm  
WvbEh|y  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd UM`nq;>  
]hKgA~;  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 >[8#hSk  
Gql`>~  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd zHqhl}  
sbA2W~:  
4. 对比：光栅的光学功能 "qgu$N4/>  
 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。 /yp/9r@T0  
 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。 z{' 6f@]  
 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)。 U3N(cFXn  
 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。 EIPnm%{1  
 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。 Ph Ttx(!  
W]@6=OpH  
%Gu][_.L  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd x,f>X;
04  
7$#rNYa,z  
5. 有间隔SLM的光学功能 s,kU*kHn  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 q-H&5K  
Zd+>  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 7O9n!aJ  
dEG ]riO  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 }>,CUz  
`1q|F9D  
M=6G:HHY  
6. 减少计算工作量 *7_@7=W,  
@sdS0pC  
采样要求： ^6#-yDZC@  
 至少1个点的间隔(每边)。 `$M etQ  
 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。 {?y<%@  
%!yxC  
采样要求： Mn{XVXY@qm  
 同样，至少1个点的间隔。 IW mHp]  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 >HX)MwAP  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 La]4/=a  
%:%MUdl6  
 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。 x*J|i4  
 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。 BJ2Q2WW  
 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)。 pW7kj&a_.  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 mQL8QW[c  
;&q]X]bJ  
Z7oaQ\fR  
&<@%{h@=  
^^eV4Y5`+  
7. 指定区域填充因子的仿真 u X>PefR  
UC(9Dz  
 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。 ,uO?;!t  
 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。 YMK>+y[+4  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 IX?@~'  
 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)。 l)H9J]  
p8_2y~!  
'cYQ?;  
8. 总结 Nv{eE<<6  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4[Z1r~t\L  
xp(mB7;:  
第1步 %~G0[fG  
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#z;cjfSt  
}pt-q[s>  
第2步 y6\ [1nZ  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 \3M1.Q4$Gr  
扩展阅读 O8iu+}]/6  
扩展阅读 6z PV'~
q  
 开始视频 GgT=t)}wu  
-    光路图介绍 <jg8y'm@0  
 该应用示例相关文件： @|Z*f\  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 -GK'V  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 S7Qen6lm