[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) cWo>DuW&  
I(AlRh  
应用示例简述 omg#[  
lusUmFm'*  
1. 系统细节 Q3%]  
 光源 QGI@5  
— 高斯光束 Y!45Kio  
 组件 EVLL,x.~:z  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 TrzAgNt  
 探测器 fZpi+I  
— 视觉感知的仿真 g%T
okl  
— 电磁场分布 Mi#i 3y(  
 建模/设计 . q -
:3b  
— 场追迹： HI{q#  
 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。 Uhr2"Nuuy  
eYP^.U)  
2. 系统说明 @;Jv/N6@  
_cJ)v/]  
!&Q?ASJH  
3. 模拟 & 设计结果 LZ_0=Xx%  
D
qo#+_v  
4. 总结 ROn@tW  
"p3<-06  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 C_>XtcU  
;^bfLSWm{  
第1步 ;v\s7y  
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。 IV!`~\@  
EPn!6W5^  
第2步 CR23$<FC  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 l0^cdl-  
z/"*-+j  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 -5  
UFT JobU  
应用示例详细内容 RtR@wZ2\s  
9tv,,I;iU  
系统参数 sgi5dQ  
jZ-s6r2=  
1. 该应用实例的内容 $.C-
_L  
al}J^MJ  
_p4]\LA  
2. 设计&仿真任务 Lu6g`O:['  
{|>Wwa2e  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 deaB_cjdI  
`XH0S`B  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 O<Q8%Az  
b4dviYI  
M5w/TN  
4. 参数：SLM像素阵列 :0B 7lDw  
=q]!"yU[d  
O=+$XPa|  
5. 参数：SLM像素阵列 o/7u7BQl2  
kd!?N  
W9w*=W )Z  
应用示例详细内容 'm~=sC_uL  
hZHM5J~  
仿真&结果 6Ot~Q  
;$&\:-6A#  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM -GFZFi  
 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)。 -O\i^?lD;
 
 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。 HdxP:s.T  
'o}[9ZBjn  
2. VirtualLab的SLM模块 Z[IM\# "  

1Zn8CmE V  
\AroSy9  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 bD,X.  
 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。 [s[ZOi!;I  
R6(:l; W  
3. SLM的光学功能 sq`Xz8u  
-MS#YcsV  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。  "&k(lQ4  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 V>T?'GbS  
 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。 HuTtp|zM>  
-JgNujt#9  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 8lpAe0p(Z  
+`GtZnt#  
 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。 GqRXNs!  
A`Dx]y  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd B ktRA  
-&Xv,:'?  
4. 对比：光栅的光学功能 I<940PZ  
 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。 TC/c5:)]  
 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。 BJUj#s0$  
 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)。 DBHy%i  
 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。 =^u;uS[IW  
 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。 &$/ #"lW,V  
<v0`r2^S{-  
q5R| ^uf  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd HCN/|z1Xq  
o0C&ol_  
5. 有间隔SLM的光学功能 KCTX2eNN&h  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 yV8J-YdsG  
RN(I}]]a  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd aq$ hE-{28  
_F%`7j  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 O,B\|pd2  
)k,n}  
P'U2hCif  
6. 减少计算工作量 C*
(  
OtqFI!ns  
采样要求： AVpg  
 至少1个点的间隔(每边)。 mcez3gH  
 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。 e7U\gtZ.  
v~Q'm1!O4\  
采样要求： uAPVR  
 同样，至少1个点的间隔。 N;|^C{uz  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ~'_cBJ 'XD  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 S\TXx79PhC  
en< $.aY  
 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。 06pvI}  
 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。 ]X>yZec  
 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)。 tVn?cS  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 [ /o'l:  
xN-,gT'!
 
5^Qa8yA>7  
rz"$zc.)  
4 ThFC  
7. 指定区域填充因子的仿真 /IpCo  
Z[. M>|  
 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。 EG>?>K_D  
 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。 )]1hN;Nz  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 bT.q@oU  
 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)。 y'_8b=*  
-@#w)  
.hat!Tt9  
8. 总结 ]1!" q40)]  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 aas.-NT  
xR1G  
第1步 +Y%6y]8  
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。 glMHT,  
$,4h\>1WP  
第2步 TQ4@|S:OF  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 (9'^T.J  
扩展阅读 zU?O)w1'  
扩展阅读 }g}Eh>U  
 开始视频 CFaY=Cy  
-    光路图介绍 !$Nj!  
 该应用示例相关文件： (&:gD4.  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 /5ZX6YkeH  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 9|+6@6VY!