[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) |s,y/svp  
Gl%N}8Cim  
应用示例简述 '!F'B:  
NRT@"3,1YP  
1. 系统细节 P*]hXm85[K  
 光源 e^}@X[*'#  
— 高斯光束 @1A.$:  
 组件 OtbPrF5  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 [:zP]l.|  
 探测器 -zzoz x]S=  
— 视觉感知的仿真 .^6yCs5~`  
— 电磁场分布 @qSZ=  
 建模/设计 &O5O@3:7]  
— 场追迹： V KxuK0{  
 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。 q8!]x-5$6j  
Ae%AG@L  
2. 系统说明 *L~?.9R  
Tol"D2cyf  
7&dK_x,a  
3. 模拟 & 设计结果 CQPq5/@Y4  
"A> _U<Y  
4. 总结 e{H(  
~e&O?X  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 \EXa 9X2  
k=cDPu -  
第1步 yJ="dEn>i"  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 y\})C-&  
+sV~#%%  
第2步 "|Kag|(qB  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <I#M^}`  
1xr2x;  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ]:;dJc'  
&WeN{  
应用示例详细内容 ia (&$a8X  
E $P?%<o  
系统参数 kS?CKd9by  
gLRDd~H  
1. 该应用实例的内容 ]57yorc`  
*^w}SE(  
Y^nm{;G+  
2. 设计&仿真任务 kZ PL$\/A  
sm
;kg=  
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。 &KY!a0s  
?\)h2oi!F5  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 t .}];IJP  
O~v~s 'c&  
CYlS8j  
4. 参数：SLM像素阵列 ?bpVdm!  
!
>V)x  
/::Y &&$f  
5. 参数：SLM像素阵列 Yep~C%/}  
/\;m/cwrl"  
E*IP#:R  
应用示例详细内容 9 r&JsCc  
xQ2:tY#?  
仿真&结果 <s7cCpUFP  
oh@Ha?  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM !Qf*d;wxn(  
 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)。 =6+99<G|%M  
 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。 pp@B]We  
yn"4qC#Z  
2. VirtualLab的SLM模块 ->X>h_k.Y  

;4(}e{  
"Zx<hL*  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 L
`e19I$  
 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。 d S'J@e=#  
1;DRcVyS+  
3. SLM的光学功能 ? |#dGk g  
)0]U"Nf ho  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 #vhN$H:&q  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 N'-[>w7vK2  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 Fi;H  
/%s:aO  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 2P)O 0j\/  
e(xuy'4r  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 TVx `&C+  
I{r*Y9  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd {~uTi>U  
fm`
V2'Rm  
4. 对比：光栅的光学功能 qTN%9!0@9  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 9X%: ){  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 :enR8MS  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 .}v" `>x  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 ? dHl'  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 h6OQeZ.  
{=?(v`88  
AFm9"mQrw  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd _ilitwRN3  
P"l'? `  
5. 有间隔SLM的光学功能 P.5l9Ns(O  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 biU_ImJ>0  
w/(c}%v}=  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 
O,|
NOz  
=>B"j`oR  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 =JgR c7  
[U8/nT  
ZJQFn  
6. 减少计算工作量 16Jq*hKU  
Hz."4nhv  
采样要求： N0Y4m_dm*  
 至少1个点的间隔(每边)。 <Q/)SN6_E  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 BWy-R6br  
u~j H  
采样要求： Z\EA!Cs3  
 同样，至少1个点的间隔。 R-9o3TPa  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 5cinI^x)f  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 A8{ xZsH  
;Tp9)UP)  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 [M,4qe8,}  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 WV.hQX9P  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 3MFTP5~  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 y|KQ`;  
R"V90bCf  
zMu9A|  
2Kz$y JTp  
c8"Qmy  
7. 指定区域填充因子的仿真 ?o?$HK  
H"8B4~*7H  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 H.4ISmXU  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 2m:K %Em6u  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 t_w\k_ T  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 t#|R"Q#  
Y;_F,4H  
R$hIgw+p[  
8. 总结 Ih|4ISI  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 /go[}X5QR[  
xS tsw5d  
第1步 n|&=6hiI  
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。 f^B'BioW(  
X+N5iT  
第2步 ].kj-,5>f  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 7$Z_'GJ]1C  
扩展阅读 W1X3ArP]m8  
扩展阅读 $j\>T
@  
 开始视频 V~j^   
-    光路图介绍 [YULvWAJ  
 该应用示例相关文件： {%u^O/M  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 7uL.=th'  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 'Xj^cX