[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) %2V-~.Ro6  
4Yl;  
应用示例简述 " ZX3sfkh  
21(p|`X  
1. 系统细节 o:6@Kw^  
 光源 !!o8N<NU  
— 高斯光束 v<fnB  
 组件 g&n)fF  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 p^iRPI  
 探测器 3R&lqxhg  
— 视觉感知的仿真 wd/< 8>2X  
— 电磁场分布 . <tq61  
 建模/设计 b}Zd)2G  
— 场追迹： q:<{% U$  
 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。 ujJI 1I  
fQP{|+4  
2. 系统说明 B&N/$=5m  
eznypY=  
S(mF%WJ  
3. 模拟 & 设计结果 `EtS!zD~b  
@zgdq  
4. 总结 0c
T*z(  
B(F,h+ajy  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 KzQ3.)/q  
*|_"W+JC  
第1步 9h0X&1u  
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。 .SWt3|Pi5  
,j5&6X=1M  
第2步 kg`.[{k  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 @x/T&67k  
we#wH-  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 (Y^X0yA/  
IL_d:HF|1  
应用示例详细内容 jLJ1u/l>;  

3v")J*t  
系统参数 Ys!>+nL|  
%AN/>\#p  
1. 该应用实例的内容 u`(- -  
L}m8AAkP[  
MC&\bf  
2. 设计&仿真任务 Uje|`<X  
Zatf9yGD  
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。 >q7BVF6V|  
:pRpvhm  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 dCu'>G\bP  
I!wX[4p eg  
=H<0o?8?c  
4. 参数：SLM像素阵列 "KJ%|pg_C  
}Yv\0\~'W|  
VxFOYC>p  
5. 参数：SLM像素阵列 MV=9!{`  
ESoAzo,u  
Kq.:G%  
应用示例详细内容 rfw-^`&{  
Db"DG(  
仿真&结果 kbPE "urR  
U=8@@yE  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 1.q_f<
U  
 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)。 ,^8MB.  
 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。 Rte+(- iL  
3gQPKBpc  
2. VirtualLab的SLM模块 b6E<r>q  

D=TL>T.bf  
8^B;1`#  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 |Oag,o"  
 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。 Dr;iQkGP  
xmGk*W)P  
3. SLM的光学功能
:D7|%KK  
!jqWwi  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 V\K<$?oUb  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Gs2p5
nL<  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 dd|W@Xp -  
S-+M;@'Rl  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd }`yiT<z  
Y\v-,xPm  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 ;W:6{9m ze  
^Y{D^\},  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd X bkb5EkA  
zhB">j8j  
4. 对比：光栅的光学功能 <:8,niKtw  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 z<]bv7V  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。  BGzI  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 0@Kkl$O>mb  
 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。 A"Q@W<.  
 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。 =l<iI*J. M  
_~aG|mAj
 
=8=!Yc(>  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd l2
hG$idC  
BpLEPuu30  
5. 有间隔SLM的光学功能 kcB+
_  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 SK$Vk[c]  
2>em0{e  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd T}7uew\v0<  
e~v(eK_  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 P%X-@0)  
p$;I'  
#~qAHJ<  
6. 减少计算工作量 A\te*G0:S  
O7aLlZdg~  
采样要求： q;AT>" =)  
 至少1个点的间隔(每边)。 *Dr5O9Y  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 "Mmf6hu  
cjUL
X+h  
采样要求： d`Q7"}uZ  
 同样，至少1个点的间隔。 |d
adH7  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 L4f7s7rJ  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 /&ygiH{^  
U/qE4u1J6M  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 gdj^df+2F  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 #p y
im_  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 [6(Iwz?  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 \|Dei);k  
u@FsLHn  
6xgv:,  
+~2rW8  
+C7T]&5s  
7. 指定区域填充因子的仿真 -+U/Lrt>8  
(*l2('e#@  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 <8(?7QI  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 u}H$-$jE  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ,=[*Lo>O  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 i~qfGl p6)  
#-u [$TA  
dGgP_S  
8. 总结 zXc}W*ymj  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Qs+k)e,  
evl-V>  
第1步 E1>/R  
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。 F!KV\?eM$  
w.kCBDL  
第2步 OKwOugi0  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 T%CxvZ  
扩展阅读 7S2C/f  
扩展阅读 nx4P^PC  
 开始视频 WO%h"'iJ  
-    光路图介绍 +p/1x'J  
 该应用示例相关文件： ,9/5T:2  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Q2~5"  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ?=
|kC*$/G