[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) Sz`,X0a  
!;A\.~-!G  
应用示例简述 'IQ0{&EI  
F)QDJE0  
1. 系统细节 IEi^kJflU  
 光源
#
trK^(  
— 高斯光束 !e<^? r4  
 组件 vvMT}-!  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 UI0VtR]   
 探测器 (w3YvG.  
— 视觉感知的仿真 wwZ,;\  
— 电磁场分布 b8UO,fY q  
 建模/设计 <%eG:n,#  
— 场追迹： 4+8@`f>s  
 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。 1GcE)e!>  
g!|kp?  
2. 系统说明 8
GUX{K  
%tGO?JMkd  
#;e:A8IQ  
3. 模拟 & 设计结果 oG\Vxg*  
_G@GpkSe>  
4. 总结 S,UDezxg  
+r2-S~f3N  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 I\ob7X'Xu!  
kDxFloK  
第1步 g) jYFfGfH  
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。 Xx:"4l.w.  
#X1
ND  
第2步 DTL.Bsc-.  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 /J;Kn]5e  
)y$(AJx$  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 h:|qC`}  
Fx.=#bVX7  
应用示例详细内容 m{HS0l'  
zrb}_  
系统参数 O\r0bUPE  
5rik7a)Z]  
1. 该应用实例的内容 S,he6zS  
b]KBgZ  
4V`G,W4^J  
2. 设计&仿真任务 /\n-P'}  
3!]rmZ-W  
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。 %.|@]!C  
'`Hr}  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 VOLj>w  
NzvXN1_%  
tR$NRMZ.  
4. 参数：SLM像素阵列 lThB2/tV\  
(4nq>;$3  
Q$"D]!G  
5. 参数：SLM像素阵列 |sE'XT4ag  
>hIu2jm  
]Y&VT7+Z  
应用示例详细内容 9->if/r,o  
eHUOU>&P]  
仿真&结果 9pfIzs su3  
BI@[\aRLQ  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM w7L)'9  
 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)。 $XH^~i;  
 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。 h<QY5=SF  
~k5W@`"W  
2. VirtualLab的SLM模块 C3g_!dUs  

)^hbsMhO  
t]G:L}AOl  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 4*;MJ[|  
 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。 WcGS9`m/  
{'H(g[k  
3. SLM的光学功能 W(p_.p"  
8&dF  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 HZZn'u  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 BiBOr}ZQ  
 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。 B9S@(/"7  
_aeBauD  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd Tlr v={  
1o>xEWt:0K  
 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。 6Kz,{F@  
~gt@P  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd '|=;^Z7.K  
9lE_nc  
4. 对比：光栅的光学功能  %;!.n{X  
 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。 TA~{1_l  
 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。 \fe]c :  
 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)。 Flb&B1  
 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。 aw>#P   
 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。 /Z4et'Lo  
gBD]}vo-  
c:.eGH_f  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd <#HYqR',  
Etm?'  
5. 有间隔SLM的光学功能 oP.7/*p  
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。 1h5 Akq  
ybUaTD@?}b  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd u]@['7  
gQ.Sa j $  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 kG*~|ma  
[Vt\$  
v &+R^iLE  
6. 减少计算工作量 @KAI4LP  
IE~ |iQ?-  
采样要求： syK^<xa  
 至少1个点的间隔(每边)。 4KrL{Z+}  
 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。 yV(\R
 
ehY5!D1Q  
采样要求： Wm5dk9&x  
 同样，至少1个点的间隔。 Y6d@h? ht  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 fikkY=  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Du){rVY^d  
lw5`p,`  
 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。 4X|zmr:A  
 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。 nFs(?Rv*  
 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)。 ;*&-C9b  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 pD+k*  
Q NVa?'0"Y  
cCc(fF*^  
" 2Dngw  
0
SPk|kr  
7. 指定区域填充因子的仿真 N}YkMJy  
e?f IXk~b  
 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。 0qT%!ku&  
 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。 Ti&z1_u  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 & ZB  
 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)。 Om {'1  
C"enpc_C/  
01o4Th m  
8. 总结 {FTqu.  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 S 6,.FYH  
xn|(9#1o  
第1步 u>/ TE  
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。 4ss4kp_>  
{kAc(  
第2步 RzusNS  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 2dgd~   
扩展阅读 .3!1`L3  
扩展阅读 y18Y:)DkL  
 开始视频 9]@!S|1  
-    光路图介绍 W+1^4::+  
 该应用示例相关文件： *4_Bd=5(U  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 HE_8(Ms;8  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 .Xhr
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