[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) :}ZY*ind  
-y8>c0u  
应用示例简述 ZE6W"pbjU  
.|2[!7CXH  
1. 系统细节 E{IY7Xz^>  
 光源 NxN~"bfh  
— 高斯光束 dY.NQ1@"  
 组件 wI#R\v8(`n  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 6@=ipPCR  
 探测器 fI-f Gx  
— 视觉感知的仿真 ?2Sm f  
— 电磁场分布 sO8F0@%aH(  
 建模/设计 CjmF2[|  
— 场追迹： ~.J{yrJ&  
 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。 \&^U9=uq  
NnO%D^P]  
2. 系统说明 | =tGrHL  
z/f0.RJ  
r5PZ=+F  
3. 模拟 & 设计结果 He  LW*  
{6HgKI  
4. 总结 *4[P$k$7  
@e^(V$ap  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 X="]q|Z  
QzV%m0  
第1步 Q`z2SYz>  
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。 ~f?brQ?  
SBamgc  
第2步 w,;ox2  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 O2oF\E_6  
O5A]{W  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 !.w|+-JKO  
G3.\x_;k  
应用示例详细内容 G
-Zn-I  
agnEYdM_  
系统参数 Nq[-.}Z6  
_ IlRZ}
f  
1. 该应用实例的内容 4}*V=>z  
-hZw.eChQa  
GCp90  
2. 设计&仿真任务 v
'SqH,=d  
R{{?wr6b$  
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。 !1`f84
d  
|5\: E}1  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 -;GB Xq  
~!'T!g%C  
NX?6 (lO,  
4. 参数：SLM像素阵列 =T#?:J#a  
%WtF\p  
ro18%'RRI  
5. 参数：SLM像素阵列 kjO
I7`DU  
M0woJt[&  
BJnysQ  
应用示例详细内容 /1?{,Das=  
G+K`FUNA  
仿真&结果 bJFqyK:6  
gTg[!}_;\N  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 5 $.az  
 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)。 K9S(Xip  
 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。 JUTlJyx8  
"2`/mtMon  
2. VirtualLab的SLM模块 fP{IW`t}]  

cxnEcX\  
EP6@5PNZ  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 k(_^Lq f-  
 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。 7h\U}!  
q5>!.v   
3. SLM的光学功能 |S3w
CG  
6x@4gPy[  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 \|$GBU  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 slV]CXW)t  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 ]9hhAT44  
gA&`vnNP  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd FUZ`ST+OL  
RHuc#b0  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 #6nuiSF  
VQn]"G(`  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd g
>_d,#F  
T$tO[QR/  
4. 对比：光栅的光学功能 OdtS5:L  
 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。 ]u"x=S93  
 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。 Ol
*|J  
 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)。 Zu/1:8x  
 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。 r1.OLn?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。 'PdUSv|lH  
r&nEM6  
>!#or- C  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd i^V3u  
JiRfLB  
5. 有间隔SLM的光学功能 $H1igYc  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 Tnb5tHjnh  
tdnd~WSR  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd i{k v$ir!  
QE`u~  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ~{[,0,lWU  
+=(@=PJ6  
g715+5z[  
6. 减少计算工作量 %(g!,!l)  
\w2X.2b.F  
采样要求： 2yA+zJ 46B  
 至少1个点的间隔(每边)。 =p#:v  
 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。 7OLchf  
x$6FvgP(  
采样要求： DO ,7vMO  
 同样，至少1个点的间隔。 #YB3Ug]z  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 e)]DFP[n  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 | @p  
da5fKK/s  
 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。 \$2zF8  
 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。 6('xIE(R  
 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)。 z2OXCZ*/  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Z4tc3e  
K=!?gd!Vw  
q:G3y[ P  
sW!MVv  
n2&M?MGX  
7. 指定区域填充因子的仿真 QHe:  
-A1:S'aN-  
 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。 y?8V'.f|  
 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。 Xb7G!Hk#g  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 I7jIA>ZZi  
 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)。 qF4DX$$<  
kk+:y{0V  
*+<H4.W H  
8. 总结 ,pVq/1  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 l6HT}x7OiH  
T$s)aM  
第1步 n16TQe"8  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 i|G /x  
jx8hh}C  
第2步 \`WAG>'l5  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 1DM$FG_Z-  
扩展阅读 [,q^\T  
扩展阅读 q??N,  
 开始视频 FSS~E [(DL  
-    光路图介绍 cb9@ 0^-  
 该应用示例相关文件： 8:}$L)[V  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 0coRar?+b  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 +g8uV hC