[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) |/%5~=%7  
OU#p^5K  
应用示例简述 a'Zw^g  
+s;Vfc$b]H  
1. 系统细节 l`:u5\ rM  
 光源 $G }9iV7  
— 高斯光束 |42;171  
 组件 R)*l)bpZ#  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 *vIP\NL?H  
 探测器 shy[>\w  
— 视觉感知的仿真 c$BH`" <*  
— 电磁场分布 Ij =NcP  
 建模/设计 vx' ];  
— 场追迹： JEWc{)4QD  
 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。 #G`K<%{
?f  
>#l:
]T  
2. 系统说明 .\ya  
3^fwDt}  
pYr+n9)^  
3. 模拟 & 设计结果 r%ebC  
7gB?rJHV,  
4. 总结 xJU]py~o  
Vky]In=  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 2]5Li/  
6J}Yr5oD  
第1步 =&9c5"V&  
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。 Sf.OBU1rs  
KfZb=v;-l  
第2步 R4JfH  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 j&Xx{ 4v  
>G%oWRk  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 <-n^h~,4  
CnZEBAU  
应用示例详细内容 ']I!1>v$[  
_`^AgRE  
系统参数 +Ss3Ph  
~t
RGw^<9  
1. 该应用实例的内容 |K{d5\_  
6aHD?a o  

LW.j)wB]  
2. 设计&仿真任务 WcY_w`*L  
Rf>)#hn%  
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。 -@`Ah|m@}  
#ley3rJW]  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 h!|Uj  
;fW~Gb?"  
bolG3T
f|  
4. 参数：SLM像素阵列 ;s3\Z^h4kd  
hwL`9.w  
8Yf*vp>T/x  
5. 参数：SLM像素阵列 oA7DhU5n  
1i~q~O,  
2\z|/ Q  
应用示例详细内容 _Y]Oloo('  
t^zE^:06  
仿真&结果 WSxoGly  
L*,
h=#x(  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM =7H\llL4BC  
 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)。 4u%AZ<-C}m  
 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。 {J,"iJKop  
D&uaA-;s  
2. VirtualLab的SLM模块 @{_X@Wv4iV  

*c/V('D/  
ji\LC%U-  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 h^Yh~84T  
 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。 FGyrDRDwC  
S(xs;tZ  
3. SLM的光学功能 Z8Y&
#cB  
}[UH1+`L  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Qb>("j~Z  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ED79a:  
 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。 (}>)X]  
<\Y(+?+uZ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd JeNX5bXW  
%$Py@g  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 Shy.:XI  
Fv %@k{  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ?Sa,n^b*H  
C R?}*  
4. 对比：光栅的光学功能 .JB1#&B+  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 Ij.mLO]  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 YzM/?enK}T  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 ip}%Y6Wj  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 &K9RV4M5  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 Pp69|lxV=k  
}wvRs5;o  
Z`GEF|eh  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd W=293mME  
h>
[ qXz  
5. 有间隔SLM的光学功能 M.MQ?`_"b  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 4]0:zS*O  
{cLWum[SY  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd i>CR{q  
#4LTUVH  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 F-ofR]|)>  
J>#yA0QD2  
PyHL`PZZ  
6. 减少计算工作量 }93FWo.  
u^E0u^  
采样要求： )T gfd5B  
 至少1个点的间隔(每边)。 (0LA.aBIf  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 2|RoN)%  
~~k0&mK|Q  
采样要求： Z>Rshtg  
 同样，至少1个点的间隔。 '@#(jY0_  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Y`-q[F?\y  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 <'sm($.2  
>Jn`RsuV  
 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。 1'TS!/ll];  
 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。 gYGoJH1  
 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)。 F 8sOc&L  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 40].:9VG  
^*$!9~  
bVN?7D(  
w;AbJCv2  
zIS ,N '  
7. 指定区域填充因子的仿真  Q$`uZ  
>>C S8  
 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。 ><S2o%u~  
 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。 y,n.(?!*  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 y,`0f|  
 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)。 ks%;_~b  
$;=?
[Cn  
|)%H_TXTy  
8. 总结 j)iUg03>/4  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ]
S9Z5l0  
zn^ G V  
第1步 D[6sy`5l  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 wnXU=  
O6b+eS  
第2步 Y@MxKKuj  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 \fI05GZ  
扩展阅读 ;KmrBNF  
扩展阅读 t*Z5{  
 开始视频 E|_8#xvb  
-    光路图介绍 /FPO'} 6i  
 该应用示例相关文件： sVmqx^-  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 PGYx]r  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Rm$(X5x>o