[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) 8(_g]u#B;  
K<L%@[gi  
应用示例简述 s^t1PfP(,  
]>4Qs  
1. 系统细节 5 EuJ  
 光源 ylxfh(  
— 高斯光束 OI}HvgV^!  
 组件 MJ"Mn^:/  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 U}wq~fD  
 探测器 iM/0Yp-v'>  
— 视觉感知的仿真 >(6\ C  
— 电磁场分布 )B&<Bk+  
 建模/设计 ,M h/3DPgE  
— 场追迹： GK+\-U)v  
 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。 [<fLPa  
taEMr> /  
2. 系统说明
;yER V  
fh)`kZDk  
jp]geV54  
3. 模拟 & 设计结果 h-rj  
)* nbEZm@  
4. 总结 u
lSTR f  
}0nB'0|y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 3<lhoD  
_vLT!y  
第1步 >(ww6vk2  
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。 +;iesULXn  
(l_de)N7  
第2步 nW%=k!''  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 U`p<lxRgQ  
. _t,OX$  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Odtck9
L  
gO%i5  
应用示例详细内容 ,UZE;lXJ'Q  
<T/L.>p4  
系统参数 BXv)zE=j  
HPdwx V  
1. 该应用实例的内容 E=*Q\3G~  
RS02>$jo  
+<WT$ddK=5  
2. 设计&仿真任务 RWQW/Gwx  
<\~#\A=;  
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。 hGXDu;{  
#=#$b_6*  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 f4I9H0d;!  
{-`
OE  
J+gsmP-_  
4. 参数：SLM像素阵列 Ru aJ9
O  
+5mkMZ  
~ A|*]0,  
5. 参数：SLM像素阵列 ~2}ICU5  
~MQf($]  
(4{9 QO  
应用示例详细内容 F X2
`p_  
Ol[IC  
仿真&结果 =xet+;~ji  
{o<p{q  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM -XG$ 0  
 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)。 z))[Lg  
 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。 L/LNX{|  
5g2+Ar(  
2. VirtualLab的SLM模块  /?xn  

B:.;:AEbT  
"a{f? .X.  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 S IK{GWX  
 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。 O;?~#E<6w  
@il}0  
3. SLM的光学功能 bLF0MVLM  
d`7] reh  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 :/l  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 GTNTx5H  
 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。 e"/X*xA  
:C6rN}_k  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd S]g)^f'a65  
LXV6Ew5E  
 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。 (Z +C  
k8V0-.UL}  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd RR=l&u
T
  
QLG,r^  
4. 对比：光栅的光学功能 BZshTP[`  
 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。 9Wrclai  
 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。 4]KceE  
 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)。 %TgM-F,8  
 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。 3R.cj  
 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。 h--bN*}H2  
P@?CQvMx  
o]U==  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ev >9P  
9
`&D  
5. 有间隔SLM的光学功能 ^]gl#&"D  
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。 oX,M;;Yq  
,-kZ5&r  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd @7'gr>_E  
[?*^&[  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 \_bX2Lg  
>.4Sx~VH2  
cn:VEF:l  
6. 减少计算工作量 Y,~]ecI  
0fU>L^P_?  
采样要求： b@hoH)<9E  
 至少1个点的间隔(每边)。 d*HAKXd&:j  
 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。 q'tT)IgD  
Qpq0j^\  
采样要求： cgOoQP/#  
 同样，至少1个点的间隔。 :Ej)AfS  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 b
mpB$@  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 sNVD"M,  
XZGyhX7  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 N0C5FSH  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 0=&]!WRT  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 jN0v<_PJED  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 t:7jlD!d  
lc7]=,qyF  
[~wcHE  
Ipx:k+J  
'C<=bUM  
7. 指定区域填充因子的仿真 d+'+z %s%  
jtwO\6t&  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 i^l;PvIF  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 0 CS_-  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 (%Rs&/vU~  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 !k63`(Ti  
/'&LM\  
;21JM2JI8  
8. 总结 JV>OmUAk  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 8J0tya"z  
M> <   
第1步 vI@8DWs  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ->(B:Cz  
Y'T
#  
第2步 5Fl|=G+3@g  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ;o\wSHc  
扩展阅读 b+>godTi_  
扩展阅读 K0]Wb=v  
 开始视频 mfvQ]tz_+  
-    光路图介绍 RZZB?vx  
 该应用示例相关文件： <#-ERQw  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 :?J$ +bm}  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ra1hdf0"