[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) FA?xp1E  
uYAPGs#k  
应用示例简述 Q*mzfsgr  
.WA
(X5  
1. 系统细节 ZKyK#\v<  
 光源 =jjUwcl  
— 高斯光束 dL'hC#!h  
 组件 l?v-9l M  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 KK`P<^8J  
 探测器 /u{ 9UR[g  
— 视觉感知的仿真 FLJdnL  
— 电磁场分布 ~?8B
~l^  
 建模/设计 J')Dt]/9  
— 场追迹： DYJ@>8  
 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。 "BZ6G`  
<#JJS}TLk  
2. 系统说明 iy Zs:4jkc  
$:w4_X5T  
0f/=C9L  
3. 模拟 & 设计结果 u^SXg dj  
K~OfC  
4. 总结
,Khhu%$  
$A)i}M;uK  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 O/$pT%D1x  
rxjMCMF  
第1步 o0^'xVv  
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。 'x BBQP  
_|rrl
 
第2步 {4Cn/}7Ly^  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 'n%Ac&kk  
:\x53-&hO4  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 &=5  
!r$
?66q/  
应用示例详细内容 >up'`K,  
[_Y\TdR  
系统参数 6T0E'kv S  
1$ez}k,  
1. 该应用实例的内容 [TvH7ott'1  
{;]:}nA  
8=OK8UaU  
2. 设计&仿真任务 E6|!G  
%m1k^  
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。 kVE% "  
C#[YDcp4  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 {C Qo}@.7  
cZT;VmC  
@kC>+4s!  
4. 参数：SLM像素阵列 -Czq[n=0(  
Lzu;"#
pw  
YG$2ySkDhE  
5. 参数：SLM像素阵列 K <7#;  
|^Nz/PN  
4thLK8/c5g  
应用示例详细内容 $Z(fPKRN/  
q/~U[.C  
仿真&结果 rMAH YH9  
De,4r(5  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM | iEhe  
 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)。 mz@`*^7?  
 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。 X
H&Fn+  
fBS`b[x  
2. VirtualLab的SLM模块 /WXy!W30<  

Y\luz`v  
de]r9$D  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 "H\'4'hg  
 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。 B8-v!4b0`  
zvB!=  
3. SLM的光学功能 J8I_tF6  
zq-"jpZG  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 R[ p. )F7  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 0 ;kcSz  
 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。 ;mH1J'.(a  
e_s9E{(  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd K}ACZT)Wp  
6T{Zee  
 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。 , "w`,c>!  
5\1Z"?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd g{wIdV  
'0x`Oh&PK  
4. 对比：光栅的光学功能 CL%?K<um  
 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。 ;K38I}  
 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。 1><\
3+8  
 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)。 *%_:[>  
 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。 3)v6N_  
 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。 (yQ]n91Q,  
~8~B VwZ_  
$~c?qU  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd :"? boA#L  
Zy^mSI4i  
5. 有间隔SLM的光学功能 MN\/F4Io  
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。 v<iMlOEt  
^ a%U *>P  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd opTDW)  
iA*Z4FKkT  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 wJ-G7V,)  
1L1_x'tT%  
<y5V],-U  
6. 减少计算工作量 )\_xB
_K\  
u%?u`n2'  
采样要求： 1BQ
TvUAA  
 至少1个点的间隔(每边)。 bsVms,&  
 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。 6ae  
'8>h4s4  
采样要求： ~d6_  
 同样，至少1个点的间隔。 ;
:1d<Q|  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 `84pql,  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 b $x<7l5C  
jQ.]m  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 <\Nf6>_qEM  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 P;0tI;  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 Y'"2s~_ Z  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 zMb7a_W  
0(#HMBE
8  
J411bIxD+q  
b1{~j]"$L  
KTxdZt  
7. 指定区域填充因子的仿真 vai.",b=n6  
Y9~;6fg  
 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。 >|SB]'C|  
 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。 HRi~TZ?\  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 E }|g3  
 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)。 >U~.I2sz  
6u/3"A]'  
nMc3.fM  
8. 总结 {OP-9P=p  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <K:?<F  
1Lwi?~!LI  
第1步 f|Kd{ $VO  
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。 DrbjqQL+.  
USu/Y29  
第2步 kbBD+*  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,$5;  
扩展阅读 uxk&5RY  
扩展阅读 #{7=  
 开始视频 uo
FH{.)  
-    光路图介绍 V`~$| K[  
 该应用示例相关文件： [,Ts;Hy6Q  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 jo=XxA  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 eJ)Bs20Q