[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;S0fg  
JWUv H  
应用示例简述 O|^6UH  
)Bm^aMVl3  
1. 系统细节 ?-(w][MT\  
 光源 n{qa]3  
— 高斯光束 4:
%El+,_Y  
 组件 0
s+rd&  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ~,M;+T}[r  
 探测器 $@ T6g  
— 视觉感知的仿真 H;b
'"./  
— 电磁场分布 n41\y:CAo  
 建模/设计 SzgY2+Qq  
— 场追迹： G}9bCr,  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 (A
y4B*|!  
Gr"2G,,VI  
2. 系统说明 ~NxoF  
iC5JU&l  
{
_k!!p6  
3. 模拟 & 设计结果 &a2V-|G',  
4%c7#AX[T  
4. 总结 4o)\DB?!  
644hQW&W  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 @]VvqCk  
+~pc%3*  
第1步 M
Iua\:xT  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ^JF_;~C  
d= T9mj.@  
第2步 =-1^K  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 >/OXC+=^4  
~:RDw<PWp  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 o`y*yucHI  
e&a[k  
应用示例详细内容 [2H(yLwO  
WHD/s  
系统参数 iw]BQjK  
J!^~KN6[  
1. 该应用实例的内容 {dSU \':  
qNQ3(1xW  
DHujpZXQ  
2. 设计&仿真任务 7yCx !P;  
qwq+?fj={  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 Wp9 2sm+  
G~$M"@Q7N  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 8Q)mmkI\=  
!A^w6Q;`V  
W0?Y%Da(4m  
4. 参数：SLM像素阵列 cI4qgV  
RT+30Q?  
$P}]|/Yb  
5. 参数：SLM像素阵列 MFdFZkpiV  
[@l v]+@
 
Qmc;s{-r;  
应用示例详细内容 R7;rBEt8  
IM&7h! l"|  
仿真&结果 z1KC$~{O  
s?\9i6  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ^[?+=1 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)。 Kd[`mkmS  
 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。 02c.;ka3  
&+r ;>  
2. VirtualLab的SLM模块 Px?A
t5  

>zx50e)  
[F-u'h< *l  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 g}og@UY7#  
 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。 =`.5b:e  
tS/APSY  
3. SLM的光学功能 &T/9yW[L  
9qO:K79|  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 K}*p(1$u  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 1X_!%Z  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 iO=uXN1g  
{aa,#B]i  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd aKU8" 5  
n7!Lwq2  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 8{=(#]  
J<:D~@qq  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 28qWC~/9  
m_ONsZHy  
4. 对比：光栅的光学功能 WMRgf~TY=2  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 &#\7w85$  
 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。 `[u>NEb  
 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)。 MKYE]D;  
 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。 K~~*M?.Z  
 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。 ,?N_67  
73Zs/  
bIl0rx[`  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ,7nb;$]  
JRs[%w`kD  
5. 有间隔SLM的光学功能 n~cm?"
 
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。 zgO
wSg8  
r\- k/0  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd Jy[8,X  
00x^zu?N  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 !_z>w6uR  
{'bkU9+  
k 5kX  
6. 减少计算工作量 :hdh$}y  
T7nX8{l[RG  
采样要求： .Eyk?"^  
 至少1个点的间隔(每边)。 @MH]s [{o\  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 `fh_8%m]*  
!{aA*E{  
采样要求： XQ y|t"Vq>  
 同样，至少1个点的间隔。 5Kxk9{\8  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 6y!?xot  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 0s[3:bZ\Ia  
P[K T  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 m&c(N  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 tdK^X1  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 nM}`H'0  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 A{T@O5ucj  
&!fcLJd  
k$- q;VI  
UC$+&&rO  
"lb!m9F{  
7. 指定区域填充因子的仿真 Pu*UZcXY  
VQ}3r)ch  
 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。 md LJ,w?{  
 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。 nECf2>Yp v  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Pt;Ahmi  
 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)。 BkqW>[\5xm  
%+J*oFwQu  
.[s82c]]6  
8. 总结 Av4E?@R  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 .Q@'Ob`  
Qn&^.e9I  
第1步 J, >PLQAa  
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。 =i %w_e  
bd;f@)X  
第2步 /hR]aw  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <cjTn:w  
扩展阅读 sUMn (@r  
扩展阅读 DMW:%h{  
 开始视频 GQWTQIl
]  
-    光路图介绍 $oH,:x?}  
 该应用示例相关文件： ogbdt1  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 9F!&y-  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 POs~xaZ`
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