[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) *m[[>wE  
<!derr-K  
应用示例简述 8]xYE19=  
i?'|}tK  
1. 系统细节 ;AJ6I*O@+  
 光源 8l >Xbz  
— 高斯光束 <4.j]BE  
 组件 {z |+.D  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Up\ k67  
 探测器 qR9!DQc'  
— 视觉感知的仿真 vg*~t3{L  
— 电磁场分布 @ [%K D  
 建模/设计 RdLk85<n  
— 场追迹： 1n~^@f#`  
 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。 sv+6#  
!u|s8tN.U  
2. 系统说明 #bGYd}BfD  
#F'8vf'r  
Lm'+z97  
3. 模拟 & 设计结果 gm7 [m}  
yhd]s0(!  
4. 总结 3shd0q<  
cs*"9nKl  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ) RNB;K~s9  
\qtdbi|Y  
第1步  !xEGN@  
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。 Sgn<=8,6c  
.a9f)^  
第2步 Jo:S*D  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 '8;'V%[+  
pg{cZ1/  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 -{NP3zy  
Nu@dMG<5  
应用示例详细内容 -v$ q8_$m"  
^#4Ah[:XA  
系统参数 UD ;UdehC  
K<MWiB&  
1. 该应用实例的内容 {pC$jd>T  
[I}xR(a@n  
4++pK;I  
2. 设计&仿真任务 L$v<t/W  
bRK\Tua 6  
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。 r\FduyOXv  
#{@qC2!2/  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 i'[! 'HY  
n2Ew0-  
$ J!PSF8PL  
4. 参数：SLM像素阵列 >LJ<6s[=  
$.zd,}l@L  
g1~wg$`S8S  
5. 参数：SLM像素阵列 -x-EU#.G  
z&CBjlh  
I?_WV_T&  
应用示例详细内容 o,{]<Sm  
5),&{k!  
仿真&结果 '~zi~Q7M  
_}tPtHPa/  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 0KA@]!  
 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)。 h
P$5>G(3  
 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|'W[Q.  
]rji]4
s  
2. VirtualLab的SLM模块 .z^O y_S{  

lLLPvW[Q  
g1@rY0O  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 pRA%07?W  
 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。 YI2x*t!  
M,<UnAVP-  
3. SLM的光学功能 FIx|4[&>S  
\cK#/;a#  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ~Gl5O`w(  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 #X2wy$GTG  
 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。 8\p"V.o>  
v ,zD52  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd mSGpxZ,IE  
X2'XbG3  
 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。 M"6J"s
 
g!^mewtd  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd
p5l|qs  
*'@sm*  
4. 对比：光栅的光学功能 $@84nR{>  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 4K*st8+bl-  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 &a)d,4e<M  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 `nY.&YT  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 o>|DT(Ib  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 FsS.9 `B  
Adgfo)X5  
6W:FT Pt44  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd rp|A88Q/!  
5F#FC89Kk  
5. 有间隔SLM的光学功能 O^@F?CG :1  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 = BbG2k  
^ 4*#QtO  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd uzhTNf  
c)=a;_h  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 4gZ)9ya  
RwhKW?r+  
2w fkXS=~6  
6. 减少计算工作量 T8d=@8g,%  
_%#Uh#7P$  
采样要求： M*D@zb0ia  
 至少1个点的间隔(每边)。 +.zX?}  
 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。 p{+F{e  
PcjeuJZ  
采样要求： ZD4aT1|Q7  
 同样，至少1个点的间隔。 204"\mv  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 &P"13]^@  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 u"m TS&  
Z[>fFg~N4  
 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。 (p]S  
 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。 6C/Pu!Sx?  
 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)。 umCmxmr&  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 aU_l"+5>vq  
t+
\<i8  
~(B%E'  
|;&I$'i  
EAy@kzY?  
7. 指定区域填充因子的仿真 \:+ NVIN  
`gyke2n  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 p,!IPWo  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 e X6o7a  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 pl$wy}W-  
 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)。 Zr=B8wuT  
<[u(il  
&eqqgLz  
8. 总结 piqh7u3~  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 1.TIUH1  
yr?X.Np  
第1步 L-9;"]d~|  
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。 (:\L@j  
1/&^~'  
第2步 6ND*L
0  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 #2"'tHf4  
扩展阅读  g_Rp}6g  
扩展阅读 Ql9>i;AGV  
 开始视频 @"wX#ot  
-    光路图介绍 <4~SFTWY  
 该应用示例相关文件： P&<NcOCL&  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 {u-J?(s}  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 sH'0utD#Y