[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) !^MwE]  
qP;1LAX  
应用示例简述 B;8Zlm9  
"y7\F9  
1. 系统细节 P~!,"rY  
 光源 l(Hz9  
— 高斯光束 !})Y9oZc8  
 组件 J?Y,3cc.  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 jGkDD8K [  
 探测器 fCY??su*   
— 视觉感知的仿真 N& F.hi$_  
— 电磁场分布 @UdF6:T  
 建模/设计 d\3 %5Y  
— 场追迹： /t]1_  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 #0h}{y E  
/]J\/Z>  
2. 系统说明 I`IW^eZM  
}8}`A\dgV  
SOsz=bVx  
3. 模拟 & 设计结果 %4M,f.[e  
;?iu@h  
4. 总结 }L|B@fW  
M'R ] ''  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Y[PC<-fyf  
F%lC%~-qh  
第1步 6l4=  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ipGxi[Vav  
q!U$\Q&  
第2步 g^|R;s{  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 !+Y+P?  
d#d&CJAfr  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Ici4y*`M  
,']CqhL6=R  
应用示例详细内容 vmNI$KZM  
l0t(t*[Mj  
系统参数 oBub]<.J  
eF7I5k4  
1. 该应用实例的内容 d:A'|;']  
t~ I;IB  
|"Zf0G  
2. 设计&仿真任务 *v8daF  
 <{ v %2  
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。 sb_/FE5e  
WB'1
_a  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 qo\9,<  
rrgOp5aV
"  
jzpDKc%  
4. 参数：SLM像素阵列 jp4-w(  
/L(}VJg-  
()Wu_Q  
5. 参数：SLM像素阵列 $Q'LDmot  
"B+F6  
1K|F;p  
应用示例详细内容 Bnwq!i!M  
$f+I#uJ  
仿真&结果 ^@=4HtA  
^gyI-S(;  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM RTg\c[=w  
 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)。 2-UD^;0  
 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。 {!?M!/d  
UB8n,+R  
2. VirtualLab的SLM模块 qG~6YCqii  

s%vy^x29  
`) ],FE*:  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 .
dxELSV  
 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。 oy[ px9Wx  
E^{!B]/oP  
3. SLM的光学功能 ZO<\rX (  
UNv!G/i-5  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 csJ)Pt?d  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 sL\ {.ad5  
 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。 yEh{9S%6p  
Gi@c`lRd1  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd x2HISxg  
}{,Wha5\n  
 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。 tfm3IX  
6'uCwAQU  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd e_!Z-#\J%  
\=|=(kt)  
4. 对比：光栅的光学功能 3PLA*n+%  
 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。 ?D9iCP~~  
 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。 PX23M|$!  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 K(lVAKiP]  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 CsT&}-C  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 ;0 +Dx~  
CHO_3QIz  
sc# EL~  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd k5Q1.;fW76  
fY78  
5. 有间隔SLM的光学功能 ;P
8%yf  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 `0_ Y| 4KB  
%yfl-c(u  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd K/}x'*=  
# &5.   
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 q;sZwp<  
3'A0{(b  
H{9P=l  
6. 减少计算工作量 6;!)^b  
s?9Y3]&+&M  
采样要求： [,ulz4"  
 至少1个点的间隔(每边)。 \x4:i\Fx@  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 xA2I+r*o  
b"trg {e  
采样要求： P&:[pPG  
 同样，至少1个点的间隔。 c(5XT[Tw  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 1#+|RL4o  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 :1bDkoK  
vE#8&Zq  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 l1L8a I,8  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 AkO);4A;Jd  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 H*f2fyC1\  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 9CN'29c  
v7#|%  
=_@) KWeX$  
cuy9QBB :  
tW-[.Y -M,  
7. 指定区域填充因子的仿真 Tj<B;f!u  
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ufXM:  
 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。 >O~V#1 H  
 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。 C
S-jDok  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 B~&}Mv  
 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)。 -rgdKA@)(  
O%F*i2I:+k  
yn<J>e  
8. 总结 Ix@B*Xz:`  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ,D<U PtPQ  
a+~b3  
第1步 5U]@ Y?  
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。 oj'YDQ^uj  
VUHf-bKl  
第2步 cyabqx  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 A+4Kj~`!  
扩展阅读 Nvh&=%{g  
扩展阅读 4ZR2U3jd1  
 开始视频 iAXGf V  
-    光路图介绍 mU]^PC2[  
 该应用示例相关文件： tc\ZYCFr  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 7kT X  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 9zCuVUcd$.