[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) n`hSn41A  
48DsRy  
应用示例简述 *be+x RY  
]_
Qc}pMF&  
1. 系统细节 ^TjFR*S'E  
 光源 V *]!N  
— 高斯光束 hImCy9i}  
 组件 /x-t-}  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 =SdWU}xn2  
 探测器 4$J/e?i  
— 视觉感知的仿真 #K[ @$BY:  
— 电磁场分布 NubD2  
 建模/设计 Vg3&:g5 /  
— 场追迹： !6KEW,  
 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。 NUU}8a(K  
yTEuf@  
2. 系统说明 Uag1vW,c  
cD>o(#x]  
9xz`
V1mIL  
3. 模拟 & 设计结果 u-W=~EO5#  
25TEbp[dy  
4. 总结 spI{d!c  
UWnH
2  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 aT0 y  
qkEy$[D9  
第1步 `bm-O
NK  
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。 E|TzrH  
J0oR]eT}  
第2步 9+/|sU\.%  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 N.<hZ\].=
 
#=tWCxf=  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 r
 {8  
+!<`$+W
 
应用示例详细内容 0eLK9u3<  
_PaOw%Y9  
系统参数 UvI!e4_  
-1o1k-8d  
1. 该应用实例的内容 HT]ubw]rJ  
o#Y1Uamkf  
jQDxbkIuzE  
2. 设计&仿真任务 pg<>Ow5,~l  
0(kp>%mbB  
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。 E%e-R6gl  
bcYz?o
6  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 cBA[D~s  
D%A-& =  
H~@h #6  
4. 参数：SLM像素阵列 }u&JX  
8ah]D  
W1s|7  
5. 参数：SLM像素阵列 t0q@] 0B5  
RoTT%c P_  
1K`A.J:Uy  
应用示例详细内容 lO *Hv9#  
p c],H  
仿真&结果 v\Hyu1;8  
ox6rR  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM (nzt}i0  
 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^D2Z6  
 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。 ke0W?  
[>0r'-kI  
2. VirtualLab的SLM模块 q mB@kbt  

j7d;1 zB+G  
uv5@Alm  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 fCfY.vd5  
 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。 Ua]zTMI  
#q- _  
3. SLM的光学功能 K"1J1>CHQ  
4Q>F4v`  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 &<V~s/n=6?  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 J0 P  
 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。 7d)aDc*TjW  
 b\2"1m0H  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd [OcD#~drO  
{aSq3C<r  
 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。 #t O!3=0  
>U)O@W)  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ,3j7Y5v  
3(%,2  
4. 对比：光栅的光学功能 <Va>5R_
d<  
 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。 <c#[.{A}s  
 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。 w(D9'  
 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)。 K="+2]{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。 c'2ra/?k  
 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。 v,0DGR~  
#7=L
I\  
je-s%kNlJ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 
>=H8>X  
A3_9MO   
5. 有间隔SLM的光学功能 bRp[N  
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。 m!_ghD{5h  
Xhi?b|  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd vknFtpx  
UZra'+Wb  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 qE}YVKV*  
4lCm(#T{,  
.Q@"];wH  
6. 减少计算工作量 _u$K Lqt/,  
R{vPn8X6g  
采样要求： c29Z1Zs2)  
 至少1个点的间隔(每边)。 /3]|B%W9  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 pZxL?N!  
@:B1  
采样要求： Fev3CV$  
 同样，至少1个点的间隔。 $P3nP=mf  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 [2V/v  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 yxbTcZ  
U@nwSfp:G  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 ?miM15XI  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 `'WLGQG  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 5g5NTm`=<  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 !$Z"\v'b  
9DX3]Z\7X  
n b
k(FD6  
#1@~w}Dh  
6^;!9$G|D*  
7. 指定区域填充因子的仿真 +`-a*U94  
mNoqs&UB  
 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。 "M^W:4_  
 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。 VsEAo  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Hw&M2a  
 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)。 }3w b*,Sbz  
Z;D3lbqE  
(B<AK4G  
8. 总结 @~3c"q;i7  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 y>|XpImZ  
:g[x;Q[@  
第1步 "|`9{/]  
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。 g/p9"eBpq  
0z7mre^Q  
第2步 /g'-*:a  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ^1=|(Z/  
扩展阅读 ZGhoV#T@  
扩展阅读 4&hqeY3  
 开始视频 ^]&{"!  
-    光路图介绍 E^a`IA  
 该应用示例相关文件： Ba|}C(Ws?  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 9t.yP;j\Y  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 8p{