[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) RAs5<US:  
B*-A erdH  
应用示例简述 /ygC_,mx  
&2Q0ii#Aa  
1. 系统细节 C]f`  
 光源 O={ ?c1i:  
— 高斯光束 k3-7Vyg  
 组件 d^:(-2l-  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 + 2j]  
 探测器 )zMsKfQ  
— 视觉感知的仿真 ~]l T>|X  
— 电磁场分布 D&]dlY@*  
 建模/设计 +wpQ$)\  
— 场追迹： %gbvX^E?  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 km=d'VvnI  
#^zUaPV 7r  
2. 系统说明 +]*hzWbe  
b'mp$lt!  
q)F@f /  
3. 模拟 & 设计结果 wF.S ,|  
NNTUl$  
4. 总结 {[tx^b  
2`V[Nb  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 -+H?0XN  
QZO9CLX 8k  
第1步 ,enU`}9V*  
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。 Lk8NjK6  
Dxx`<=&g  
第2步 <ZwmXD.VD  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 4/+P7.}ea-  
--'!5)U  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 T!3_Q/~^r  
h
L(zVkYI  
应用示例详细内容 4)OM58e}  
]*\m@lWu  
系统参数 9i`sSi8   
lE 09Y  
1. 该应用实例的内容 AriW&E  
[KT1.5M[  
I7@g,~s  
2. 设计&仿真任务 &LM ^,xx}  
d2=Z=udd  
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。 m@#@7[6]o  
bPhbd  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 uHu(
 
Tu9[byfrI  
t^KoqJ  
4. 参数：SLM像素阵列 'd
u
{ky  
*(*
3/P4D  
Vv<Tjr  
5. 参数：SLM像素阵列 \Bg?QhA_D  
7O^'?L<C'  
se,0Rvkt  
应用示例详细内容 r-]HmY x  
*E1v  
仿真&结果 rZSX fgfr  
ye^l~  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM mO~A}/je  
 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)。 yw{;Qm2\7  
 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。 A"W}l)+X  
0//B+.#  
2. VirtualLab的SLM模块 0*umf.R  

X GhV? tA  
c=Y8R/G<  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 /:o (Ghc?  
 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]]J  
ZA!yw7~  
3. SLM的光学功能 Or9`E(  
xOgUX6n  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 @b,&b6V  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 r@9qjva  
 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。 :!nBTw  
KfkE'_F  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd r|!r!V8j  
RLtIn!2OU  
 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。 rh%-va9  
b( qO fek  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Pcox~U/j  
`kERM-@A  
4. 对比：光栅的光学功能 F')fi0=  
 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。 g-cC&)0Q  
 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。 Y\pRk6,  
 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)。 pS C5$a(  
 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。 ]0yYMnqvr  
 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。 _8;)J
  
g3"eEg5NY  
~~D =Z#  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 28rC>*+z  
H*&ZXAKv  
5. 有间隔SLM的光学功能 w:~Y@b~D  
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。 ! !9l@  
SSh=r  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ; Da[jFP  
rt5eN:'qY  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 i9FtS7  
`4N{x.N  
C"=^(HU  
6. 减少计算工作量 Nr(3!-
  
@T6Z3Zj}  
采样要求： OalBr?^  
 至少1个点的间隔(每边)。 <y30t[.E6  
 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。 lxvRF93a.  
!;1$1xWK  
采样要求： A7SE>e>  
 同样，至少1个点的间隔。 9*lkx#  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ~.,h12  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 N1Pm4joH%  
:?}U Z#  
 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。 BL&D|e  
 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。 <P"4Mk7`s  
 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)。 xQetAYP`  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 6uAo0+-k  
0D*uZ,oBEw  
sivd@7r\Fa  
 t=;84lA  

az=(6PX  
7. 指定区域填充因子的仿真 I )LO@  
?(!<m'jEy  
 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。 /#,3JU$w  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 H"g$qSx  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 q:9#Vcw  
 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)。 clwJ+kku@  
YsHZFF  
Rt{`v<  
8. 总结 3w B03\P  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ca!=D $  
=`l).GnN2`  
第1步 27NhYDo  
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。 $YM6}D@  
EpO5_T_  
第2步 JrkjfoN  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 {0#p,l  
扩展阅读 ]-D;t~  
扩展阅读 a V4p0s6ZZ  
 开始视频 !QB(M@1  
-    光路图介绍 CX8tTbuFl  
 该应用示例相关文件： H$/r{gfg^  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 8>}^
W  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 5$T>noD