[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) 1*6xFn  
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#G*GAa6*  
应用示例简述 W|E %  
J,=ZUh@M  
1. 系统细节 iweT@P`  
 光源 _7qa~7?f  
— 高斯光束 E.0J94>iM  
 组件 -eD]gm  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 MZWv#;.]  
 探测器 rz`"$g+#  
— 视觉感知的仿真 q \fyp\z  
— 电磁场分布 Jp^#G2  
 建模/设计  T-+ uQ3  
— 场追迹： darbL_1  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 BG.s
HI{  
0ZLLbEfnPB  
2. 系统说明 Eht8~"fj  
'{.8tT?tJ  
H;q[$EUNb  
3. 模拟 & 设计结果 ;R<V-gab  
Bu?Qyz2O  
4. 总结 @[f$MRp\  
\
!w |  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 nqTOAL9FF  

{9Ok^O  
第1步 ;kR=vv  
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。 a0PU&o1EF  
z!.cc6R  
第2步 *DZ7,$LQ~D  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 |b^UPrz)VS  
%""h:1/S  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 4}UJBb?  
4vvQ7e7  
应用示例详细内容 {^:NII]  
"Y4glomR[  
系统参数 o-AF_N  
:qAX9T'{t  
1. 该应用实例的内容 c^puz2  
J6>tGKa+e  
%3"U|Za+  
2. 设计&仿真任务 :V@)A/}uk  
/EegP@[  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 !#*#jixo  
nG{o$v_|  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 &N+`O)$  
CPeu="[
 
sX*L[3!vN  
4. 参数：SLM像素阵列 l%?4L/J)#  
c5 AaUza  
DO+~    
5. 参数：SLM像素阵列 Dfc% jWbA  
xirq$sEl  
DnG9bVm>  
应用示例详细内容
'.>y'=  
$;~YgOVZ5  
仿真&结果 _6`GHx   
X%N!gy  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ~F-lO1  
 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)。 #`K
{vj  
 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。 ![fNlG!r  
o`7 Z<HF  
2. VirtualLab的SLM模块 7sWe32  

qdmAkYUC  
""|;5kJS4  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 :=5X)10
 
 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。 1w7XM0SHcn  
~Lg ;7i1L  
3. SLM的光学功能 B*Om\I  
".N{v1  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 YK$[)x\S  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 qbCU&G|)  
 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。 R?/xH=u>  
h|`R[  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ]\oT({$6B  
l]Xbd{  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 A"s?;hv\fS  
ur=:Ha  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd AkdO:hVtG  
~gOZ\jm}  
4. 对比：光栅的光学功能 x>tm[k  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 ~-uf%=  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 c#1kg@q@  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 11Qi _T\  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 F?6Q(mRl  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 7#oq|5  
.O(9\3q\  
Tp.]{*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd %g89eaEZ  
1^V.L+0s]  
5. 有间隔SLM的光学功能 iQT0%WaHl  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 yGrnzB6|  
"L1LL iS  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd bb\XZ~)F  
ZU`~@.`i  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Bt5 P][<  
rnp; R  
[e@m-/B  
6. 减少计算工作量 A{k1MA<F6  
8;c\}D  
采样要求： 6#K.n&=*  
 至少1个点的间隔(每边)。 P>)J:.tr0  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 S~ S>62  
xfC$u`e=  
采样要求： T5e#Ll/  
 同样，至少1个点的间隔。 2G!z/OAj  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 2EN}"Du]mj  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 {hN<Ot  
&y|PseH"  
 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。 &m[}%e%~0  
 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。 ' S,g3  
 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)。 c;-NRvVb  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 tq@)J_7|  
}NGP!  
?u".*!%  
>SziRm>Y7  
w`+-xT%  
7. 指定区域填充因子的仿真 ) R5j?6}xF  
\-{$IC-L  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。
&`vThs[
x  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 .f;@OqU  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 k\*?
<g  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 #Cy3x-!  
+|8.ymvm  
tl7:L>  
8. 总结 _h,_HW)G  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 xx7&y!_  
>+.GBf<E  
第1步 v
dB2T2F  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 (JnEso-V  
}Y!s:w#  
第2步 .m>Qlh  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 O'#;Ge/,  
扩展阅读 w'$>E4\  
扩展阅读 ?[>Y@w
e  
 开始视频 matm>3n  
-    光路图介绍 T"C.>G'[B  
 该应用示例相关文件： omy3<6  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 w2/
3[VZ}l  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 fO^s4gWTg