[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) 2VE9}%i  
f=mZu1(FZ  
应用示例简述 \V*xWS  
0^RXGN  
1. 系统细节 qIIv6''5@  
 光源 WzF !6n!h  
— 高斯光束 }#Qc \eud  
 组件 3T!lA  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 c;n *AK  
 探测器 ;o0&`b?  
— 视觉感知的仿真 s#tZg  
— 电磁场分布 T2!6(, s9  
 建模/设计 ML8<4o  
— 场追迹： T3pmVl  
 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。 m/y2WlcRx  
[3--(#R\}?  
2. 系统说明 ek}a}.3 {  
A?t%e  
Vy938qX   
3. 模拟 & 设计结果 2VJR$Pao  
*UmI]E{g3(  
4. 总结 [ zEUH:9D  
DFd%9*N  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ~;&m*2 |V  
5wh|=**/  
第1步 AbYqf%~7`l  
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。 jr!?v<NoX  
\,7}mdQSv  
第2步 iIq)~e/ Z  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 +[tE^`-F  
6N;wqn  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 '_/Bp4i  
cdZ~2vk  
应用示例详细内容 )l[M Q4vWW  
uec!RKE  
系统参数 h}cy D7Wn  
!/3B3cG  
1. 该应用实例的内容 K
FvQ  
NZ
-\h  
!H irhDN  
2. 设计&仿真任务 3MY(<TGX  
NCk r /#!  
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。 F>-B3x  
vL\&6n~M>  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 TT4./R:  
L.1_(3NG  
lobGj8uxq  
4. 参数：SLM像素阵列 S!G(a"<W  
NNE<L;u  
72Iy^Y[MX  
5. 参数：SLM像素阵列 |*'cF-lp6v  
k'IYA#T6  
YH%'t= <m  
应用示例详细内容 X(\
fN[;  
`9uB~LY^i  
仿真&结果 I>[RqG  

fe_yqIdk  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM r!HwXeEn/  
 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)。 -"h;uDz|z  
 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。 +tk{"s^r*  
QzzW x2  
2. VirtualLab的SLM模块 sZL#xZ5 Df  

I*IhwJFl/  
1}:bqI.<W  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 nM-h
&na{s  
 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。 lI-L` x  
<X7FMNr[  
3. SLM的光学功能 ;M_o)OS3  
#L{OV)a<  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ?I[8'  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 0em#-*|2"  
 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。
*hQTO=WF  
kRTwaNDOD  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 9f
',7i  
yI ld75
S`  
 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。 DVK)2La  
/u0' 6V  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd rfgI$eu   
<oWB0%  
4. 对比：光栅的光学功能 NL
rPSqz  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 VGceD$<  
 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。 '{J&M|<A  
 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)。 {iv<w8CU)  
 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。 $`wMX{  
 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。 1 29q`u;  
2Ri{bWi  
0\:(ageY?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd mdq;R*`  
'^Ql]% _  
5. 有间隔SLM的光学功能 =Uj-^qcE  
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。 "bm  
K,w"_T  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd y
-j\zK  
@~#Ym1{W  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 :k3Nt5t!  
t\ 7~S&z  
>2J

dq  
6. 减少计算工作量 u6_@.a}  
@EDs~ lPv  
采样要求： q
qu.EE
 
 至少1个点的间隔(每边)。 o.'g]Q<}UB  
 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。 GD:4"$)[o  
n#:N;T;\a  
采样要求： EloMe~a3  
 同样，至少1个点的间隔。 CXO2N1~(J  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 e+j)~RBnu3  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 >A<bBK#  
.%^]9/4  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 K"0PTWt  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 L9@&2?k  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 EM/@T}  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Ai/b\:V9S  
"d$m@c  
E-{^E.w1  
X5`AGyX  
8?i7U<CB  
7. 指定区域填充因子的仿真 S_T1y  
!Mu|m
z=  
 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。 z9p05NFH  
 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。 )6w}<W*1E  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 2{Chu85   
 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)。 &E40* (C  
:Mcu  
Hsihytdj  
8. 总结 =r.mlc``W  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 \/SQ,*O  
J8"[6vId~  
第1步 K3' niGT  
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。 tBm_YP[  
]/!<PF  
第2步 Z{ u a=0  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [tH-D$V  
扩展阅读 Kv rX{F=  
扩展阅读 JIFU;*PR1  
 开始视频 PT^c^{V  
-    光路图介绍 A#W?2k9  
 该应用示例相关文件： T /mI[*1xI  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 -PnyZ2'Z  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 7-~Q5Kr.