[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) NeUpl./b  
>pz/wTOi  
应用示例简述 OpYq qBf_  
VAV@Qn  
1. 系统细节 Xig%Q~oMp  
 光源 DtyT8kr  
— 高斯光束 Xo}w$q5  
 组件 CEt_wKzf  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 &9IMZAo  
 探测器 S =eP/  
— 视觉感知的仿真 W&6ye  
— 电磁场分布  k:R9wo  
 建模/设计 rXvvJIbi  
— 场追迹： Onby=Y o6  
 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。 s|YY i~  
^h=;]vxO  
2. 系统说明 }Li24JK  
*COr^7Kf5  
Z3"f7l6  
3. 模拟 & 设计结果 [BmondOx  
G`gYwgU;  
4. 总结  XW`&1qx  
KG)Y{-Ao  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 H#G'q_uHH  
?\.P  
第1步 *(s)CWf  
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。 naW}[y*y;  
%]RzC`NZ  
第2步 GiI2nHZc  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 8M8=
uw~#  
<d
h7*M  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 w9l)=[s=  
wIL5-k,  
应用示例详细内容 (T!Q
 
n+j'FfSz  
系统参数 rEz=\yY^j'  
B
u*ge~  
1. 该应用实例的内容 0|HD(d`a  
*_3+ DF  
(Kv[~W7lb  
2. 设计&仿真任务 [P,1UO|$B  
;g7nG{  
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。 1/JgirVA  
 jats)!:  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Mryi
6XT  
|Zncr9b  
T'0Ot
3m`  
4. 参数：SLM像素阵列 \KDOI7  
&-s!ko4z  
@tRq(*(/:  
5. 参数：SLM像素阵列 mf^(Tq[  
kce+aiv|u  
Hq< Vk.Nk  
应用示例详细内容 z9u"?vdA  
00n6v;X  
仿真&结果 hA/K>Z  
sq\oatMw[  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM =0MW+-  
 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)。 #p6#,PZ  
 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。 wYOSaGyZ0I  
aKhI|%5kA  
2. VirtualLab的SLM模块 X+ h|s
y  

jx+%X\zokA  
uJ{N?  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 QY/36gK  
 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。 +}J2\!Jw  
N?ky2wG  
3. SLM的光学功能 G<Z|NT  
vB#&XK.aW  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 m+s^K{k}  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 tHJ#2X#Y.  
 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。 U;LbP-{B  
2~K.m@U}!Z  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd :W? 7J"  
yo#&>W  
 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。 #,0%g1  
Wm7Dy7#l  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd F]q pDv  
ix=HLF-0zC  
4. 对比：光栅的光学功能 7eqax33f  
 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。 ;SEH|_/  
 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。 JD^(L~n]  
 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)。 mh2t ' O  
 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。
2$jTj<.K  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 e3yBB*@  
eZ(<hE>  
1t WKH  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd )ZEUD] X  
|nk&ir6  
5. 有间隔SLM的光学功能 Bq#?g@V  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 QyuSle  
,q]Wi#  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd .>Gq/[c0|  
KLGhsx35  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 .#2YJ~  
:[ F`tDL  
3U!\5Nsby  
6. 减少计算工作量 kQxY"HD  
*Sm$FMWQ  
采样要求： s+gZnne  
 至少1个点的间隔(每边)。 >%h_ R:  
 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。 (`>RwooE
 
ZTfs&5  
采样要求： ]j(2FM)#  
 同样，至少1个点的间隔。 R%Gh4y\nF  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 :[3{-.c  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 }nvHEo  
q+>J'UGb  
 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。 WoHFt*e2  
 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。 .cdm@_Ls  
 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)。 RMMx6L|-:  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 [cv7s=U%  
7SE\(K=<%  
rhO ]4A  
zRbooo{N  
J*Dj`@`4`g  
7. 指定区域填充因子的仿真 O,>1GKw"\  
6UXa 5t  
 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。 kz\ D-b  
 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。 lJP6sk  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 wrv-"%u)  
 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)。 (9]`3^_,J  
v|C)Q %v  
9JV(}v5[  
8. 总结 x48Y#"'  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 D *RF._  
;Y5"[C9|  
第1步 L']EYK5  
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。 8aQ\Yx  
QkBT,c  
第2步 }A3(g$8KR  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 =|O`al  
扩展阅读 n|dLK.Q  
扩展阅读 M)C.bo{p  
 开始视频 fo9O+e s  
-    光路图介绍 FVNxjMm,  
 该应用示例相关文件： UKMr,{iy  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 qMD6LWJ  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 xwhH_[