[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) )ED[cYGx  
ZkIQ-;wx  
应用示例简述 ^]DWrmy  
OX`n`+^D  
1. 系统细节 *=7[Ip<X  
 光源 ~+np7  
— 高斯光束 Vx*q'~4y!|  
 组件 ;dFe >`~  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 $ vjmW! O  
 探测器 $ B9=v  
— 视觉感知的仿真 Yq^y"rw  
— 电磁场分布 2bJFlxEU  
 建模/设计 0&\Aw'21  
— 场追迹： i`SF<)M(  
 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。 f5a](&  
b tu:@s8ci  
2. 系统说明 X2uX+}h*tA  
3PA'Uk"5Z  
mCGcM^21-x  
3. 模拟 & 设计结果 vRq xZN  
bevT`D  
4. 总结 H+;wnI>@  
LbR-uc?x  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 +Y~+o-_  
m#nxw  
第1步 >&&xJ5  
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。 -"zu"H~t4  
,2TqzU;  
第2步 zFtGc  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 #I?iR3u  
iW?9oe  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 @;6}xO2  
%)9
]dOdOk  
应用示例详细内容 MQ*#oVqv  
PBL^xlg  
系统参数 #& wgsGV8C  
vy@Lu cB  
1. 该应用实例的内容 X6.O;  
ElXe=5L\#  
AuTplO0_rE  
2. 设计&仿真任务 5G!U'.gr  
WQpJd7
  
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。 uC(S`Q[Bg  
g8+,wSE  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 U_- K6:tr  
pYVy(]1I(3  
H040-Q;S'  
4. 参数：SLM像素阵列 y.:-  
Yd;r8rN  
^qx\e$R  
5. 参数：SLM像素阵列 Z]TVH8%|k  
l _O~v?  
rhTk}2@h  
应用示例详细内容 LH#LBjOZk  
(
u&yb!`  
仿真&结果 *'YNRM\}  
f#kevf9zc  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM G=cH61  
 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)。 kA<r:/  
 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。 K=x1mM+RK  
hZWK5KwT  
2. VirtualLab的SLM模块 rp#*uV9;  

}AW)R&m  
&PuJV +y  
 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}V*<mgw  
 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。 Zfv(\SI  
6Y)^)dOi  
3. SLM的光学功能 W4*BR_H&*  
jL+}F/~r  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 #}7m'F  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 eBTedSM?t  
 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。 +N$7=oGC  
Jf<yTAm  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd $lAb6e$n  
\G=R hx f  
 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。 jfPJ5]Z  
ICbdKgLz  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd T{4fa^c2J  
(vsk^3R[6  
4. 对比：光栅的光学功能 qm8n7Z/  
 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。 &@utAuI  
 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。 Usf"K*A  
 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)。 5rA!VES T  
 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。 fyq]M_5  
 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。 8+|V!q   
b/,!J]W  
l[ ": tG  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd sx<+ *Trl  

oB06{/6  
5. 有间隔SLM的光学功能 ;=VK_3"  
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。 @VC9gdO/  
vYR=TN=Z4  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd iC|6roO!jk  
pL}j ZTo  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ym*#ZE`B!  
zHoO?tGf  
JeTrMa2  
6. 减少计算工作量 5@>4)dk\  
B,vHn2W  
采样要求： /zG-\eU  
 至少1个点的间隔(每边)。 />^`*e_  
 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。 JIbzh?$aD  
95?5=TF  
采样要求： C+(Gg^ w  
 同样，至少1个点的间隔。 t:"=]zUU  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 C*y6~AYN#  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 QV'3O|  
sx(l  
 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。 G9'YgW+$7  
 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。 \B>[je-d  
 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)。 !/Bw,y ri<  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 fv j5[Q  
nL+YL  
^
I'Lw  
}Cmj(k`~  
BV }(djx  
7. 指定区域填充因子的仿真 Qk~0a?#y5  
]IHD:!Z-=  
 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。 ^=izqh5S  
 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。 $O~F>.
*  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ;!0.Kk 4  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 APQQ:'>N4~  
{
GX &)c4  
=JbdsYI(  
8. 总结 (ju aDn)  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 {*<O"|v  
."F'5eTT~  
第1步 3vRLg b  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 N}}PlGp$  
K.#,O+-Kg`  
第2步 B'KXQa-$O  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 =N*%f%  
扩展阅读 mHI4wS>()+  
扩展阅读 7SA-OFM  
 开始视频 vSYunI  
-    光路图介绍 nv_m!JG7  
 该应用示例相关文件： zO).<xIq+  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计
0$f_or9T  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 `b^#quz