[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) c,ccavv{I  
m!{}Y]FZn  
应用示例简述 W<J".2D  
'dE G\?v9  
1. 系统细节 X bF;  
 光源 ttEQgkd`  
— 高斯光束 tTWeOAF  
 组件 ?y.q<F)  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 SfKm]Z>Hp  
 探测器 kOv2E]  
— 视觉感知的仿真 5hNjJqu  
— 电磁场分布 K\Oz ~,z  
 建模/设计 4vri=P 2%  
— 场追迹： h'{}eYb+   
 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。 5F@7A2ZR  
]1A"l!yf  
2. 系统说明 VieX5  
|K},f,  
czMu<@c [  
3. 模拟 & 设计结果 #+mt}w/  
6p
kZ8Vp:  
4. 总结 %s.hqr,I
 
fz%I'
+!  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 adHZX  
{`Ekv/XWa  
第1步 ]B;GU  
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。 ./_o+~\e'  
:HSqa9>wa  
第2步 oY!nM%z/  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Wa#!O$u  
X#l]%
IrW!  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Z]$RO  
X~/hv_@  
应用示例详细内容 _xgF?#  
X[L6Av  
系统参数 u{0'"jVJ  
bM]\mo>z<  
1. 该应用实例的内容 l_ycYD$ZA  
w7b?ve3-  
t`b>iX%(1t  
2. 设计&仿真任务 7U#`^Q}  
=> .EDL.  
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。 V K/;ohTTP  
sb 3l4(8g  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 w(w%~;\kLP  
TH_Vw,)  
<ex,@{n4  
4. 参数：SLM像素阵列 $gi{)'z  
LOY+^  
I!(.tu6u6c  
5. 参数：SLM像素阵列 */gm! :Ym  
S~WsGLF s  
Pb0+z=L  
应用示例详细内容 l~.}#$P]  
z/bJDSQ  
仿真&结果 9/$D&tR
N  
3L24|-GxH  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM (bfHxk
R.  
 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)。 ^%X,Rml<e  
 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。 QcyYTg4i  
po~l8p>  
2. VirtualLab的SLM模块 i2or/(u`  

WNkAI9B  
3}::"X  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 D:Zpls.  
 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。 *&X.  
{p-b,J9~a  
3. SLM的光学功能 Y21,!$4gb  
vt`hY4  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 .Z=D|&!  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 cnAwoTt4  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 {r2-^QHF  
Zmf\A  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd EK:!.Fl  
7&G[mOx0  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 4]$cf:  
7+aTrE{  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd YH`/;H=$G/  
\LB =_W$  
4. 对比：光栅的光学功能 H2
7J kZ&  
 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。 x1)G!i  
 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。 ZOl =zn  
 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)。 ^n5[pF}Gw  
 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。 >'#G$f  
 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。 {.9phW4Vr?  
|xaJv:96%  
(;=:QjaoZ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd kzCD>m  
u/FnA-L4  
5. 有间隔SLM的光学功能 (80#{4kl  
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。 \(_FGa4j  
wC@5[e$  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd T*>n a8W  
Sc "J5^  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ToIvyeFr  
BsVUEF,N  
u
V<I!jyI  
6. 减少计算工作量 D%cWw0Oq  
\
ief [  
采样要求： k))*S
g  
 至少1个点的间隔(每边)。 =?UCtYN,P  
 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。 b7>^w<ki  
"H>L!v  
采样要求： hd1H  
 同样，至少1个点的间隔。 j(G}4dib  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 6~\z]LZ  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ~uRG~,{rH  
:bMCmY  
 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。  G~T]
m .  
 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。
MGIpo[  
 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)。 2X2,(D!  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 We3*WsX\  
/=4P<&J  
W5*%n]s~  
B?c9cS5Mj  
th8f  
7. 指定区域填充因子的仿真 .['@:}$1  
w[PWJ! <  
 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。 ay#cW.,  
 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?'=iY<h  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ByeyUw  
 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)。 F.?
`<7  
{e[S?1t=l  
/h%<e  
8. 总结 L1*P<Cb  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 9BB<. p  
xbrxh-gV  
第1步 3ydOBeY  
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。 Fa^5.p  
(+>~6SE  
第2步 hb9X<N+p  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 %a+X\\v2  
扩展阅读 UiS9u
Gj  
扩展阅读 L7mN&Xr  
 开始视频 (utm+*V,  
-    光路图介绍 boo,KhW'Y  
 该应用示例相关文件： !cw<C*
 
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 &$  F0  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 I.tJ4