[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) 
@$QtY(a  
r!>=G%  
应用示例简述 3PzF^8KJ  
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E)~  
1. 系统细节 y fS  
 光源 aeLIs SEx  
— 高斯光束 `i!-@WN"  
 组件 :^QV,d<C  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 \FO 4A  
 探测器 uWXxK"J.  
— 视觉感知的仿真 ]%Whtj.,x7  
— 电磁场分布 
L<<v   
 建模/设计 aC'#H8e|j  
— 场追迹： K}S=f\Q]  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 TSL/zTLDJ  
M@.?l
=1X  
2. 系统说明 gd31ds!G  
-Xgup,}?  
kP~ ;dJD  
3. 模拟 & 设计结果 h2]GV-  
E&W4`{6K4  
4. 总结 cz>`$Zz  
!G~\9  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Me,AE^pgL'  
#0qMYe>Y  
第1步 oB}rd9  
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}z{OB  
qp1rP#  
第2步 s.}:!fBk  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ?v@q&  
'&xRb*  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 M^A;tPw  
;}4e+`fF|  
应用示例详细内容 $J:~jY/J  
l>>,~  
系统参数 b
WZX  
U &W}c^#  
1. 该应用实例的内容 }5;3c%  
T^ah'WmNw
 
p7
)b@,  
2. 设计&仿真任务 0.t1p(x;  
}JWk?  
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。 _{?/4ZhA\+  
pe@/tO&I  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 m`ab5<%Gn  
nxYp9,c"  
=gr3a,2  
4. 参数：SLM像素阵列 2KmPZ&r  
.hXdXY  
I:#Es.  
5. 参数：SLM像素阵列 bPdbKi{j@  
qg@Wzs7c~  
[R[Suf  
应用示例详细内容 Bx&wS|-)D  
4mzWNr>fb  
仿真&结果 V0WFh=CM@  
E :Y *;  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM [I` 6F6  
 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)。 Z)zmT%t  
 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。 |LDo<pE*V4  
nK9A=H'Hc  
2. VirtualLab的SLM模块 X[c8P7  

KuO5`  
W|kKH5E&  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 FVcooV  
 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。 ^^Tu/YC9x  
Ot} E  
3. SLM的光学功能 pYs"Y;%  
ojitBo~  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ~m56t5+uw  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 C[O \aW  
 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。 q,a|lH  
l0$ +)FKd  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd DNaU mz  
=p)Wxk  
 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。 r'q9N  
Q4MTedj1H  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ?qQRA|n*  
"syf@[tz7  
4. 对比：光栅的光学功能 (HkMubnqg  
 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。 0 .dSP$e  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 s^$zOp9  
 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)。 eS jXaZh  
 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。 a{6rQ  
 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。 <zK9J?ZQW>  
{ L
JRdV  
bg)yliX  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 'I_\ELb_  
?8X+)nU@  
5. 有间隔SLM的光学功能 t$Z#zxX
 
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。 &4yI]  
Q[y75 [  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd g
<Sa{<0  
,g$N  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 KPUc+`cN%  
h2Z Gh  
4PEJ}BW  
6. 减少计算工作量 KutR l$,
 
C/+8lA6NV  
采样要求： dHnId2@#  
 至少1个点的间隔(每边)。 #{l+I(M  
 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。 G~e`O,
+  
Ng,#d`Br  
采样要求： mIZ#uW  
 同样，至少1个点的间隔。 @qH<4`y.^  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 -C5Qh&~W  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 2Fce| Tn  
%9=^#e+pE  
 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。 vGC^1AM  
 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。 $_l@k=  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 Db= iJ68  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ;{Y|n_  
+MeEy{;  
c`y[V6q9  
Sj}@5 X6 C  
Sg0 _l(  
7. 指定区域填充因子的仿真 Ne.W-,X^cL  
^;$f-e  
 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。 v.,C"^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。 -rlxxLT+  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 >ea<6&!Ee  
 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)。 lyx p:  
>0i?}  
t@!X1?`w  
8. 总结 X{ZBS^M  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 z_< 7T4  
e0*',  
第1步 BJk\p.BVN  
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。 >OwVNG  
ts%@1Y?  
第2步 ~c`@uGw  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 M\8FjJ>9  
扩展阅读 E'&UWDh  
扩展阅读 ;vF8V`f  
 开始视频 ?ae:
9ZcH  
-    光路图介绍 xue-5 '  
 该应用示例相关文件： %dS7u$Rnh  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 xK0VWi  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 MlsF?"H p