[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) 2s>dlz  
}GJIM|7^  
应用示例简述 `G&W%CHB  
eyf\j,xP&  
1. 系统细节 LvgNdVJDP|  
 光源 Kj,C9  
— 高斯光束 Y,?s-AB  
 组件 @y3w_;P  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 /2pf*\u  
 探测器 e^Q$Tog<  
— 视觉感知的仿真 Hq[d!qc  
— 电磁场分布 'uS!rKkQlu  
 建模/设计 *`OgwMr)M  
— 场追迹： #\KSv Z  
 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。 W.TZU'%  
BlUl5mP}>  
2. 系统说明 ac"Pn? q  
Og[NRd+  
{2G9>'  
3. 模拟 & 设计结果 ['ol
]ZJ  
l:mC'aR  
4. 总结 x*& OvI/o  
=8O057y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 &54fFyJF  
Fj}|uiOQUS  
第1步 w^Qb9vTa8  
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。 J/S 47J~  

}ozlED`E  
第2步 LWE[]1=  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 3-#|6khqt  
,g2|8>sJP  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 B2t.;uz(,  
ga&l.:lo  
应用示例详细内容 }[XzM/t  
im{'PgiR  
系统参数 R2WEPMH%  
}MAQhXI^O|  
1. 该应用实例的内容 rOQhS]TP*  
S'M=
P_-7  
wJ@8-H 8}  
2. 设计&仿真任务 wEL$QOu$  
WqP>cl2Lm  
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。 maQE Bi,  
CY;ML6c@  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 rB|Mp!g%@  
^{&Vv(~!Q  
RaT(^b(  
4. 参数：SLM像素阵列 Qb}7lm{r  
OrP-+eg  
n^P=a'+  
5. 参数：SLM像素阵列 BE. v+'c"  
)R$+dPu>  
-BUxQ8/,  
应用示例详细内容 fD+'{ivN4  
2GOQ|Z  
仿真&结果 TxAT ))  
su.hmc  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Q!K@  
 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)。 TP'  
 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。 :q=u+h_  
3Tze`Q 9  
2. VirtualLab的SLM模块 )1ia;6}  

<,p|3p3  
].53t"*  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 -y]\;pbZ0  
 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。  o`S|  
|_L\^T|6  
3. SLM的光学功能 $3>k/*
=  
vaL+@Kq~&  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 4zuM?Dp  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 >I
a
{ZbQV  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 '9^+J7iO(+  
<>/0;J1<  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd j<H`<S  
"?EoYF_  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 ixF '-  
yO E
d8  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd \Z9+U:n  
JU+Uzp   
4. 对比：光栅的光学功能 H.|v^e  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 [1Pw2MC<  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。  O\y#|=d  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 am.}2QZU  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 WLGk  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 i zJa`K  
=Q|_v}  
'o=`1I  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ]la8MaZ<  
~EJVlji  
5. 有间隔SLM的光学功能 gwE#,OY*  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 Ut:>'TwG  
l/9V59Fv9  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd |9>?{ B\a  
/V@~Vlww  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 w$I<WS{J:Z  
2eErvfC[  
R3+y*<<e  
6. 减少计算工作量 q#9JJWSs  
"@: b'm  
采样要求： &?L K>QV  
 至少1个点的间隔(每边)。 I4'mU$)U  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 oc.H}Eb%Z  
mlC_E)Ed5  
采样要求： db$wKvO1  
 同样，至少1个点的间隔。 L=Cm0q 3v  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 f9v%k'T[  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ,iKEIxA!  
*s4h tt  
 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。 9pAklD4  
 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。 =xwA'D9]  
 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)。 ;/gH6Z?  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 |"V]$s$ c  
%|mRib|<C  
8W' ,T  
I|jGu9G  
u&MlWKCi  
7. 指定区域填充因子的仿真 lm'L-ZPN  
r|!w,>.  
 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。 !YD~o/t@|  
 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。 U$CAA5HV]  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 qMy>:,)Z
 
 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)。 T=lir%q  
72rnMHq  
Q}ebw
 
8. 总结 >y&Db  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Fkgnc{NI  
i=b<Mz7|  
第1步 E/x2LYH  
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。 VQSwRL3B=  
2c?-_OCy;  
第2步 tbz?th\#  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 O
cR6\t'  
扩展阅读 EOqvu=$6  
扩展阅读 bb<qnB  
 开始视频 &YMz3ugI  
-    光路图介绍 DRS68^  
 该应用示例相关文件： a<AT;Tc  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 s^5KFK1  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ?-"xP'#