[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) VsMNi#?  
(1HN, iJy  
应用示例简述 sI'HS+~pU  
puyL(ohem  
1. 系统细节 a[!d)Y:zx  
 光源 "|%fAE  
— 高斯光束 ;5l|-&{@*  
 组件 atAA[~  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 O^$Zz<  
 探测器 w#$k$T)  
— 视觉感知的仿真 M*HG4(n0  
— 电磁场分布 4%7*tVG  
 建模/设计 eC39C2q\  
— 场追迹： Lgfr"{C  
 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。 &Os Ritj  
K!~](_W!  
2. 系统说明 ZSSgc0u^?  
R}Y=!qjYE=  
F{+`F<r  
3. 模拟 & 设计结果 "8]170  
J)-> 7h=  
4. 总结 "F}Ip&]hAG  
FHC7\#p/9Z  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 qQ'@yTVN  
<i6MbCB  
第1步 *S4P'JSY  
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。 }{y$$X<:  
gk#rA/x  
第2步 IA4(^-9  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 p'4P2  
"
LWuN>  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 SAJ=)h~  
D=vq<X'  
应用示例详细内容 VLN3x.BY  
CQ[-Cp7  
系统参数 6hq)yUvo4  
ZM?r1Z4  
1. 该应用实例的内容 zJ`(LnV  
[ _$$P*  
1%`:8  
2. 设计&仿真任务 QR'g*Bro  
pH[lj8S  
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。
O :^[4$~  
R2`g?5v  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 r|@?v,  
=;=V4nKN  
O;BPd:<  
4. 参数：SLM像素阵列 sD+G+  
uyj*v]AE'  
|Z
e}bM=N  
5. 参数：SLM像素阵列 R-fjxM*  
qS|VUy4  
j.}V~Sp*  
应用示例详细内容 "r"An"  
O$/swwB!  
仿真&结果 f:5/y^M&  
CF"3<*%x  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM "n,ZP@M;  
 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)。 AHY)#|/)  
 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。 E|  
Q{hOn]"  
2. VirtualLab的SLM模块 8v 1%H8  

[i1D~rCcn  
`h!&->  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 3+5\xRq  
 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。 :q<%wLs  
2kq@*}ys  
3. SLM的光学功能 E(_I3mftm  
eE%yo3  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 neFno5dj  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 vPNZFi-(  
 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。 ,z)NKt#  
"Cj
#bUw  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd L0  2~FT  
12xP)*:$  
 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。 RsfTUb)<  
Ki6.'#%7  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd >%dAqYi $  
Ec*7n6~9  
4. 对比：光栅的光学功能 SfSEA^@|  
 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。 1/+r?F3  
 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。 7h/Q;P5  
 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)。 , %O3^7i  
 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。 uN3J)@;_  
 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。 =w$"wzc  
gr{Sh`Cm-  
%P,^}h7  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd $!!=fFX*y  
}QW~.>`  
5. 有间隔SLM的光学功能 Sc3M#qm_  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 .hNw1~Fj  
W<]Oo]  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd SJ7=<y}[d  
^GaPpm  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 hcc-J)=m  
@/NZ>.  
[mzF)/[_2  
6. 减少计算工作量 LEnP"o9ZW  
Mqf}Aiqk;  
采样要求： ":^ NLBm>5  
 至少1个点的间隔(每边)。 ff./DMDafI  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 P^m 6di  
=&:f+!1$  
采样要求： l@/kPEh  
 同样，至少1个点的间隔。 +Z~!n  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 #33RhJu5,  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 [Pc[{(  
(Cd{#j<  
 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。 !Fg4Au  
 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。 )'dH}3Ba
 
 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)。 C5PBfn<j  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 >AX~c jo  
O0(Q0Ko  
!"x7re  
~TFYlV  
#Q7x:,f  
7. 指定区域填充因子的仿真 OPt;G,$ta  
a(DZGQ-as  
 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。 CC(*zrOd-  
 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。 =>ztBw\  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 C"^hMsU8  
 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)。 ;zE5(3x  
grxl{uIC8  

l8AEEG8>  
8. 总结 u}LX,B-n(  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *:tjxC  
9}jq`xSL  
第1步 MAD}Tv\S7  
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。 &<|-> *v  
(p.3'j(  
第2步 
1H,tP|s  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 .i&ZT}v3  
扩展阅读 $7DcQ b9  
扩展阅读 K7xWE,y  
 开始视频 [kuVQ$)  
-    光路图介绍 *xo;pe)9  
 该应用示例相关文件： o|;eMO-  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 YaNH.$.:  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Cq*}b4^;