[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) _!!}'fMC  
8;#AO8+U7)  
应用示例简述 _]=9#Fg7
{  
b+@D_E-RJ  
1. 系统细节 *d>vR1  
 光源 ErDL^M-`  
— 高斯光束 [N:BM% FQ  
 组件 8a>SC$8"  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 v"RiPHLT  
 探测器 TsHF tj9S  
— 视觉感知的仿真 kXwi{P3D$  
— 电磁场分布 J?%}=_fsa  
 建模/设计 L2fVLKH  
— 场追迹： JMlV@t7y<  
 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。 *vnXlV4L  
hS:jBp,  
2. 系统说明 .X'< D*  
ia4k:\  
O k7zpq  
3. 模拟 & 设计结果 QU/3X 1W  
\84v-VK  
4. 总结 =& -[TPW  
%{C)1*M7  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 t3b@P4c\  
`FJ|W6%  
第1步 l>&sIX  
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。 VT=K"`EpQ  
[w+Q^\%bN  
第2步 -(IC~   
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 =g~j=v,e  
~R.dPUr  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Ld(NhB'7  
m^I,}1H4  
应用示例详细内容 Zw$ OKU  
*)>do L  
系统参数 ai;\@$ cq  
Qhy#r  
1. 该应用实例的内容 ^$Krub{|  
B~TN/sd  
mqFq_UX/T  
2. 设计&仿真任务 'Kz9ygZy  
r]LCvsVa  
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。 Hk;-5A|9  
8Xn!Kpa  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 )q3"t2-  
3z[$4L'.  
'UfeluMd  
4. 参数：SLM像素阵列 k+1gQru{d  
@-"R$HOT  
G!Zyl^  
5. 参数：SLM像素阵列 u) *Kws  
m22wF>9  
};S0 G!  
应用示例详细内容 x(~<tX~  
HI!4  
仿真&结果 C6QbBo  
wss?|XCI  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM M"wue*&  
 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)。 p2d\ZgWD=)  
 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。 9lspo
~M  
6E^~n  
2. VirtualLab的SLM模块 YD&_^3-XM  

zxKCVRJ  
Gi7RMql6Q  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ebM{OI  
 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。 n&!+wcJ;Yt  
gx;O6S{  
3. SLM的光学功能 P}r)wAt  
Gr)-5qh  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 x-_vl 9P)  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 &s VadOBQ  
 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。 G]*|H0j  
6 bO;&  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd +>YfRqz:KB  
+jV_W
z  
 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。 bd\=h1  
lG"H4Aa>  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd VKrSh
I  
'3;v] L?G  
4. 对比：光栅的光学功能 V#^yX%  
 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。 12(wj6Q  
 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。 {#hVD4$b  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 t9u|iTY f!  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 8MF2K6  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 5w<A;f  
.j?kEN?
w  
DTY<0Q.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd >D_F!_  
h-XY4gq/  
5. 有间隔SLM的光学功能 tXq)nfGe{  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 rt!r2dq"  
!%S4n  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd G{lcYP O  
M-MKk:o  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 G
YK\LHCPd  
QLr9dnA  
tT5pggml  
6. 减少计算工作量 {fz$Z!8-  
KIus/S5 RC  
采样要求： eegx'VS
X4  
 至少1个点的间隔(每边)。 Iti0qnBN5  
 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。 qd6fU^)i  
=mtY  
采样要求： 4gZ&^y'  
 同样，至少1个点的间隔。 92[a;a  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 <nzN$"%  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 6/Y1 wu  
gH7z  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 8r:M*25  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 R7_VXvm>z  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 dULS^i@@  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 aC^$*qN-)  
9- )qZ  
UA-7nb  
..qd,9H  
$8=@R'  
7. 指定区域填充因子的仿真 !Q%P%P<$  
+%#8k9Y  
 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。 Qvqqvk_tv  
 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。 T|){<  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 I.V:q!4*  
 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)。 h @/;`E[  
ZFxLBb:  
;JTt2qQKo  
8. 总结 <$i4?)f(  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ^[q /Mw  
:T@r*7hNT  
第1步 w{,4rk;Hr  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 8]"(!i_;)  
#&Is GyU  
第2步 UY>v"M  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 %&+59vq   
扩展阅读 nCnjq=  
扩展阅读 1wn&js C  
 开始视频 w
po1  
-    光路图介绍 }nrXxfu  
 该应用示例相关文件： rT6?!$"%.  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 U@-2Q=  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 }DjYGMrTB