[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) 7?R600OA  
:CE4< {V  
应用示例简述 1V1I[CxlX  
Cty#|6k  
1. 系统细节 Oq.ss!/z  
 光源 ?p@J7{a  
— 高斯光束 %a~/q0o>  
 组件 e9[72V  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 "QdK Md  
 探测器 <v0`r2^S{-  
— 视觉感知的仿真 q5R| ^uf  
— 电磁场分布 HCN/|z1Xq  
 建模/设计 o0C&ol_  
— 场追迹： KCTX2eNN&h  
 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。 yV8J-YdsG  
m@Yc&M~  
2. 系统说明 aq$ hE-{28  
_F%`7j  
O,B\|pd2  
3. 模拟 & 设计结果 uem-fTG  
\_1a#|97e  
4. 总结 DD$>3`  
!}TsFa  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *7Q6b 4~"  
A0)^I:&  
第1步 $].htm  
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。 1'<C-[1  
jCJcVO>OZ  
第2步 hU#e\L 7  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Kb?{^\FiU  
@[3c1B6K  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 EhHxB fAQ  
!CYC7HeF  
应用示例详细内容 k|)fl l  
z lr!  
系统参数 Eu?z!  
0y9 b0G  
1. 该应用实例的内容 p +i1sY  
&|>~7(
 
5^Qa8yA>7  
2. 设计&仿真任务 rz"$zc.)  
4 ThFC  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 :k/Xt$`  
Z[. M>|  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 EG>?>K_D  
)]1hN;Nz  
p:4jY|q  
4. 参数：SLM像素阵列 QadguV6|  
OjUPvR2 0  
X 0y$xC|<  
5. 参数：SLM像素阵列 3gi)QCsk  
>c,s}HJ  
eQbHf  
应用示例详细内容 Uq .6h  
)Z/"P\qo  
仿真&结果 "bo0O7InOV  
iQ/~?'PB  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM \]9)%3I  
 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)。 >pU9}2fpT  
 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。 !ZBtXt#P  
3$\k=q3`#  
2. VirtualLab的SLM模块 Pv'Q3O2<I  

X$Vi=fvt  
XNJ4T]><  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 1^\w7Rew2  
 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。 ! xCo{U=  

m^_=^z+  
3. SLM的光学功能 gfQ?k  
ukWn@q*  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 z:,PwLU  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Lzq/^&sc(  
 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。 3'4+3Xo  
4V,.Oi  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd .Nn11F< d  
4yl{:!la  
 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。 ffrIi',@  
XIW0Z C   
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd @UD:zUT)F  
|mb2<!ag{  
4. 对比：光栅的光学功能 P\jGySj
  
 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。 3A#Tn7  
 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。 ZwmucY%3  
 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)。 <S@jf4  
 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。 Wc3z7xK1@  
 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。 H9cPtP~a)  
P$)g=/td1  
( ayAP  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd jJ,_-ui  
fO*jCl  
5. 有间隔SLM的光学功能 QZ a.c  
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。 '/W$9jm  
P
MzPj,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd *DL7p8  
lE:g A,  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 I.<c{4K5  
~66xO9s  
4<efj  
6. 减少计算工作量 R?{+&r.X  
$]v}X},,  
采样要求： ?"B]"%M&  
 至少1个点的间隔(每边)。  F!omkN  
 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。 !|cg=  
~Z\:Nx  
采样要求： uDF;_bli)H  
 同样，至少1个点的间隔。 G.W !   
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 \(o"/*  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 9njwAKF?  
kx"1
0Vw  
 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。 YDt+1Kw}D  
 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。 *IG$"nu  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 ?e7]U*jEU  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ^t;z;.g  
r~4uIUE{  
J$dwy$n  
yK~=6^M  
[M?2axOC  
7. 指定区域填充因子的仿真 p9(y b  
tXD$HeBB?  
 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。 Fnw:alWr  
 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。 %bW_,b  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 JfY*#(
{y  
 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)。 *XVwTW[a  
\@LTXH.  
wX$:NOO  
8. 总结 jc}G+|`  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 qQ&uU7,#  
@mp`C}x"0&  
第1步 ' W/M>!X  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。  6@S6E(^  
>DqF>w.1  
第2步 Cy/&KWLenf  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 TkbaoD  
扩展阅读 PNU(;&2<  
扩展阅读 em$pU*`P  
 开始视频 7R+(3NU1A  
-    光路图介绍 5j%G7.S\  
 该应用示例相关文件： ,$P,x  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 bF)G+IH  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ~E<2gMKjO