[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) <v0`r2^S{-  
;B=aK"\  
应用示例简述 o0C&ol_  
KCTX2eNN&h  
1. 系统细节 wv3,% lN  
 光源 sRD fA4/TF  
— 高斯光束 6"Fn$ :l?  
 组件 Gf\h7)T\  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 hNN[djR  
 探测器 bOj)Wu  
— 视觉感知的仿真 z;S-Q,  
— 电磁场分布 )6)bI.BY  
 建模/设计 >l&]Ho  
— 场追迹： lNL=Yu2p_  
 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。 aL;!BlU8v  
Z71m(//*}  
2. 系统说明 Z#d#n!Lz  
n6%`  
_h!.gZB3  
3. 模拟 & 设计结果 )cJ>&g4]  
v3-' GgM  
4. 总结 GjhTF|  
d5m-f/  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 3^y(@XFt  
"OjAhKfG  
第1步 )SmnLvL  
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。 <:&vAX L  
O{X~,Em=q  
第2步 F]3Y,{/V  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 yU v YV-7  
sE"s!s/  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 h+g\tYWGP  
,Z"<-%3  
应用示例详细内容 6$r\p2pi0  
uNzc,OH  
系统参数 dgw.OXa  
+& r!%j7  
1. 该应用实例的内容 5Kg'&B (  
q?(] Y*  
OT{"C"%5t  
2. 设计&仿真任务 !&VfOx:PN  
'Z`7/I4&  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 GD
xv2^4  
W" 5nS =d%  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 qNEp3WY:  
5BhR4+1J  
NHGTV$T`1  
4. 参数：SLM像素阵列 PE%$g\#?  
V"4Z9Qg}  
J$3g3%t  
5. 参数：SLM像素阵列 @[n#-!i  
UPh#YV 0/,  
D4=*yP
  
应用示例详细内容 p>B2bv+L  
VPUVPq~&  
仿真&结果 3"y 6|e/5  
xl\Kj2^  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM /v R>.'  
 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)。 0*$w(*  
 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。 c2npma]DZ  
,> zEG  
2. VirtualLab的SLM模块 |9I)YD  

E#k{<LYI  
8+F5n!
 
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 [qYr~:`-[  
 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。 '.mepxf< f  

`S {&gl  
3. SLM的光学功能 8`q7Yss6F  
5'lPXKn+L  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 EbC!tR  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 xVm-4gB  
 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。 X,QsE{  
A]z*#+Sl  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 9njl,Q:  
cr1x CPJj  
 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。 ]b4WfIu  
v4ot08 C  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 6\4-I^=B  
!U^{`V jp[  
4. 对比：光栅的光学功能 0t <nH%N}^  
 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。 y0* rY  
 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。 X]0>0=^  
 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)。 )[Y B&  
 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。 :L[>!~YG_n  
 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。 {K,In)4  
aB]0?C y9(  
f9De!"*&  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 7;'33Bm*  
%$!3Pbui  
5. 有间隔SLM的光学功能 'YL[s  
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。 1vj/6L  
?8b19DMK6  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd Ni,nQ;9  
+
EETo):  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 EYAaK^ &  
Yd^@Ei9
 
BrV{X&>[i  
6. 减少计算工作量 u^80NR  
G-aR%]7$g  
采样要求： Zi!Ta"}8  
 至少1个点的间隔(每边)。 $NXP)Lic)  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 )-C3z  
"W|A^@r}  
采样要求： \CbJU  
 同样，至少1个点的间隔。 RZ".?  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 cnv>&6a)  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 %,$n^{v  
._mep\#.:  
 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。
+X}i%F'  
 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。 k+3qX'fd  
 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)。 
O7K.\  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 A4K.,bZ   
^J!q>KJs  
/ZLY@&M  
TJ|Jv8j<s  
p?@ %/!S  
7. 指定区域填充因子的仿真 N##`  
' W/M>!X  
 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。 "q@m6fs  
 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。 MK$u}G  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Cy/&KWLenf  
 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)。 ;JW_4;-  
bz>X~   
}aCa2%  
8. 总结 7R+(3NU1A  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 -%K!Ra\W  
gv#\}/->4  
第1步 Jd2.j?P=  
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。 jG5HW*>k0  
4w4B\Na>l  
第2步 *7BfK(9T  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 0D X_*f  
扩展阅读 1J@Iekat  
扩展阅读 2z.ot'  
 开始视频 g
L;Kie6Z  
-    光路图介绍 ZzT
=m*tQ&  
 该应用示例相关文件： D:)Wr, 26  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 5of3&  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 " \$^j#o