[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) ~ FGe~  
rj3YTu`  
应用示例简述 8W;2oQN7  
}qAVN  
1. 系统细节 `fz,Lh*v  
 光源 p#bhz5&/  
— 高斯光束 RX
'-99M  
 组件 #4><r.v3  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 &'s^nn]  
 探测器 GB>aT-G7q  
— 视觉感知的仿真 %*kLEA*v  
— 电磁场分布 ]
=x\b^  
 建模/设计 '<7S^^ax  
— 场追迹： <c+K3P'3?  
 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。 G+VD8]!K1  
,)zt AFn
=  
2. 系统说明 D{cZxI  
JS!*2*Wr  
\5~;MI.Sq  
3. 模拟 & 设计结果 t,h{+lYU  
?g3 ]~;#  
4. 总结 94Ud@F9d5  
qaG#;  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 U]1(&MgV  
mRwT_(;t  
第1步 P]Xbjs<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。 h
0Ee?=  
"~
/9F  
第2步 o>F*Itr{  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 \5TxE  
B76 v}O:  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 "ZT.k5Z  
W8]V  
应用示例详细内容 , ECLqs%  
blahi]{Y9  
系统参数 rk|a5-i  
8:thWGLN  
1. 该应用实例的内容 ]\Xc9N8w  

)DT|(^  
5wT>N46UX  
2. 设计&仿真任务 !8R@@,_v  
Dx-KMiQ,"(  
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。 _1L(7|^~y[  
.VM3D0aV  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 qaVy.  
P=`1rjPE  
{q3:Z{#>7  
4. 参数：SLM像素阵列 7NL%$Vf  
8;8c"'Mn  
A\AT0th  
5. 参数：SLM像素阵列 r?A
|d.Tl  
Puh$%;x  
*hdC?m._  
应用示例详细内容 iev>9j  
sbo^"&%w  
仿真&结果 j U[ O  
A6{b?aQ  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 909md|9K3  
 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)。 T9syo/(  
 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。 AIRr{Y  
}]+xFj9[>  
2. VirtualLab的SLM模块 o''wCr%  

;%!B[+ut"  
c</1  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ;%Hf)F  
 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。 >cN~U
3  
*7
$P]  
3. SLM的光学功能 /i_ @  
bZ 443SG  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 MYLsHIPC  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 $uj(G7_  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 6l\FIah@  
~9\zWRh  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 5x8+xw3Eh  
}{[mrG   
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 'h1b1,b~  
6oD\-H  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd `ln1$  
ArK]0$T  
4. 对比：光栅的光学功能 TsQU6NNE  
 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。  n_nl{  
 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。 sOU_j:A80;  
 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)。 &M/>tEZ)  
 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。 !j:`7PT\  
 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。 As&vFt P  
TX [%(ft  
(C;I*cv  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd wzCUZ1N9q  
@>Mxwpl?  
5. 有间隔SLM的光学功能 \]4v_!  
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。 Gi2$B76<  

7q=G&e7  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd {eS|j=  
lB91An  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ,XkGe  
% ps$qB'  
]D2udeg  
6. 减少计算工作量 ^wb:C[r!V  
lj=l4 &.i  
采样要求： .Dg*\ h  
 至少1个点的间隔(每边)。 5N[9 vW  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 e4>"92hX  
M<PIeKIEB  
采样要求： ``VW;l{  
 同样，至少1个点的间隔。 tCG76LH  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 mLV[uhq   
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Gq<X4C#|  
yifY%!@Xu  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 '(GiF  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 wIB`%V  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 7CXW#H  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 d?AlI  
?S$i?\Qh  
39wa|:I  
` |IUGz  
%WTEv?I{Ga  
7. 指定区域填充因子的仿真 Ian[LbCWB  
g-c ;}qz  
 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。 lKWPTCU  
 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。 ".^VI2T  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 YOr:sb  
 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)。 7/7Z`  
NA3\  
k3?rp`V1  
8. 总结 tGA :[SP  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Yim<>. !  
OU5*9_7.  
第1步 tE6!+c<7  
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。 D8&`R  
g_5QA)4x  
第2步 H{J'# 9H  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 tCxF~L@  
扩展阅读 HK\~Qnq  
扩展阅读 ~qe%Yq  
 开始视频 F  
-    光路图介绍 {7TlN.(  
 该应用示例相关文件： vAY,E=&XvM  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 bVP"(H]  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 n  -(