[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) Zj]jE%AT  
1U(P0$C  
应用示例简述 )J<VDO:_YA  
6< T@\E  
1. 系统细节 zs<2Ozv  
 光源 @W+m;4HH  
— 高斯光束 `: R7jf  
 组件 8'}D/4MUr  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 aIXN wnq  
 探测器 MJDW-KL-  
— 视觉感知的仿真 .Fe_Z)i>h  
— 电磁场分布 f0d*%  
 建模/设计 8,DY0PGP  
— 场追迹： \J0fr'(S  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 ;[,r./XmH  
Pv#>j\OR&  
2. 系统说明 aR0'$*3E  
kl0|
22"Gz  
@cC@(M~Ru  
3. 模拟 & 设计结果 '1r<g\l  
jMV9r-{*+  
4. 总结 lCAD $Ia~  
]b6gZ<  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 yy(.|  
^0fe:ac;  
第1步 (- QvlpZ  
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。 &4R-5i2a  
]?3-;D.eG  
第2步 LeTOVgjA|  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 @?!&M c2  
WPpS?  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 7
q;wj~  
L63B# H"  
应用示例详细内容 lv=rL  
w$1B|7tX;2  
系统参数 XK=-$2n  
#x|IEjoa  
1. 该应用实例的内容 &s>E~M0+J  
G%#M17   
HV}*}Ty  
2. 设计&仿真任务 ]qPrXuS/  
+{dJGPoY]p  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 __OH gp 1  
W0qn$H  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Hph$Z1{  
'irHpN6n  
>)6d~  
4. 参数：SLM像素阵列 |J:kL3g  
*ud/'HR8]  
yZyB.wT  
5. 参数：SLM像素阵列 3:ELYn  
L_{gM`UFc  
dc=~EG-_rM  
应用示例详细内容 3U
!#rz"  
tYST&5Kh~  
仿真&结果 (D~NW*,9  
E~K5n2CI  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM z5q(  
 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)。 <C{uodFll  
 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`(pV ;{W  
>uy(N  
2. VirtualLab的SLM模块 >'g>CD!  

eH' J  
3"HX':8x  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 =OR"Bd: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。 ToE^%J4  
DR c-L$bD  
3. SLM的光学功能 A=bBI>GEYP  
2'T uS?  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 W)p?cK`  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 kB3@;z:  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 >yr1wVS  
;{:bq`56f  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd R Y ";SfYb  
^6i,PRScS  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 #.W^7}H   
9~ rYLR(v  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd k?VH4yA  
%z"${ zw  
4. 对比：光栅的光学功能 7AuzGA0y  
 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。 O;H|n
W}  
 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。 ("txj[v-/  
 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)。 j&w4yY  
 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。 Ro
:)N:C  
 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。 6H'W]T&  
'd |*n#Dqc  
=QJI_veUG`  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd fA" VLQE  
07#e{   
5. 有间隔SLM的光学功能 cZl/8?dj}  
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。 :V ZXI#([  
~Sc{\ZJl  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd #2*6esP  
H%G|8,4  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Dg'BlrwbR  
0$:jZ/._  
wNQhg  
6. 减少计算工作量 t~kh?u
].j  
W+`T:Mgh  
采样要求： L,_Z:\^  
 至少1个点的间隔(每边)。 eYD-8*  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 \SyG#.$  
DtglPo_(  
采样要求： [I2vg<my  
 同样，至少1个点的间隔。 X6G2$|  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 wHE1Jqpo  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 {jOV8SVL  
=BroH\  
 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。 kJk6lPSqi7  
 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。 9six]
T  
 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)。 #iVr @|,  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 cg).b?g  
$b`~KMO  
qLa6c2o,  
M&J$9X  
'@G=xYR  
7. 指定区域填充因子的仿真 (Q F-=o  
u5rHQA0%  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 z2IKd'Wy  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 ++Fv )KY@  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 kj/v$m  
 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)。 =cWg39$(I  
h42dk(B  
nl+8C}=u  
8. 总结 mIah[~G  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 f(E[jwy  
5KC Zg'h  
第1步 /j"aOLL|  
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。 sM6o(=>  

4`'V%)M  
第2步 H{I,m-  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 nXAGwU8a  
扩展阅读 wuKr9W9Xa  
扩展阅读 \%Lj !\  
 开始视频 PaZd^0'!Z  
-    光路图介绍 bBgyL
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 该应用示例相关文件： `9mc+  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 T07 AH  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 DyM<aT