[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) (,QWK08  
-mRgB"8  
应用示例简述 ^w~B]*A:"  
[yQ%g;m  
1. 系统细节 SiX<tj#HH\  
 光源 ;2&"
 
— 高斯光束 O |P<s+  
 组件 OQ?N_zs,  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 \-;f<%+  
 探测器 At=d//5FFP  
— 视觉感知的仿真 0]c&K  
— 电磁场分布 x@rQ7K>  
 建模/设计 hd9HM5{p  
— 场追迹： ~BJE~  
 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。 C2v_]
,]  
^OWG9`p+  
2. 系统说明 J$1H3#VVG  
S}%z0g<  
h^tCF=S  
3. 模拟 & 设计结果 j`RG Moq  
HFy9b|pjy  
4. 总结 [I4MK%YQ  
Yr-SlO>  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 a!:N C  
/^nIOAeE  
第1步 A2M( ad  
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。 pIcg+~  
{E Ay~lo  
第2步 jj]\]6@+P  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 "*t6KXVaM  
>iOf3I-ATt  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 rn*'[i
?  
4mo/MK&M:  
应用示例详细内容 2Wluc37  
;i6~iLY  
系统参数 bGeIb-|(  
")uKDq  
1. 该应用实例的内容 C&w0HoF  
L>sLb(2\i  
-\?-  
2. 设计&仿真任务 z&d.YO_W  
PtW2S 1?j  
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。 K}@rte  
+X^GS^mz  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 96V8R
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]}rNxT4<  
BkXv4|UE
 
4. 参数：SLM像素阵列 /&#y-D_  
Zc~7R`v7}  
WC~;t4  
5. 参数：SLM像素阵列 )>FAtE   
p)/e;q^  
3i!a\N4 K  
应用示例详细内容 hTn"/|_SW  
c 1F^Gj!8  
仿真&结果 6;'[v}O^^  
6J,h}S  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ,#ZPg_x?1  
 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)。 R'c dEo
y  
 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。
2w7$"N  
mgx|5Otg  
2. VirtualLab的SLM模块 #2_FM!e  

YTefEG]|q  
:;eOhZ=_  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 q%;cu1^"M  
 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。 ~&)\8@2  
u9S*2'  
3. SLM的光学功能 [
l5jPL}6  
ESV./~K  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 G^)]FwTs  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 `S|F\mI~  
 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。 4%r?(C0x  
,g7O   
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd Bn&P@C$7  
)?[7}(4jI  
 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。 s|<n7 =J  
{k.:DH)  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd $EFS_*<X  
g3
kbsi7_:  
4. 对比：光栅的光学功能 ]}g\te  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 1M??@@X  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 M8WjqTq  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 Fw&ImRMk  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 i`F5  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 cF15Mm
2  
y{mt *VA4  
,byc!P  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd =A6*;T"W  
QHO n?e  
5. 有间隔SLM的光学功能 <T[LugI  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 )
'n@A%B  
n}Z%D-b$  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd G]aey>)  
W've
kuM  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 }V]b4t  
n+=qT$w)  
}>@SyE'Q  
6. 减少计算工作量 Jp"29 )w  
eWv:wNouk  
采样要求：
i.6b%  
 至少1个点的间隔(每边)。 G$Mf(S'f  
 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。 !8U
Iyw  
GZaB z#U  
采样要求： %l&oRBC  
 同样，至少1个点的间隔。 }TMO>eB'  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Fj<*!J$,  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ir.RO7f  
+g?uvXC&  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 'M6+(`x  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 }'wZ)N@  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 A-4;$ QSm  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 m@kLZimD  
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7. 指定区域填充因子的仿真 5OWyxO3{  
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 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。 %N&.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。 <MJU:m$3  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 !%65YTxY-  
 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)。 '-A;B.GV%  
xDw~n(*  
(^i
F)z  
8. 总结 I;JV-jDM  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 rVP\F{Q4Tr  
7Q|<6210  
第1步 LGuZp?"  
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。 ,(q] $eO
Z  
fWJpy#/^*K  
第2步 b|.Cqsb  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 L~/,;PHN  
扩展阅读 O#;sY`fy_M  
扩展阅读 q n-f&R  
 开始视频 3 orZBT  
-    光路图介绍 sDNWB_~  
 该应用示例相关文件： m
mJnE  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 j|pTbOgk%  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 AHn!>w,