[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) p{\qSPK  
Gnuo-8lb  
应用示例简述 |H3?ox*  
<z~2d  
1. 系统细节 RZcx4fL}x  
 光源 Oc^6u  
— 高斯光束 %fexuy4  
 组件 ]
%vGC^  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ')Dp%"\?  
 探测器 p*(U*8Q  
— 视觉感知的仿真 6KBzlj0T+  
— 电磁场分布 .:#_5K  
 建模/设计 s[vPH8qb  
— 场追迹： W(]E04  
 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。 RE(=! 8lGR  
B.CH9M  
2. 系统说明 KoxGxHz^Y3  
yhJA;&}>  
"4Wp>B  
3. 模拟 & 设计结果 V'f&JQA  
C7XS6Nqu  
4. 总结 .f?qUg  
Lk8W&|;0|  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 d~P<M3#>  
~%8Q75tn.  
第1步 }]Gi@Nh|o  
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。 R9|2&pfm(M  
T9U2j-lA?  
第2步 E<98ahZ?l  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 )$Dcrrj  
kL2Zr  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 q|Pt>4c5?  
$jUS[.S_|I  
应用示例详细内容 ~T p8>bmSR  
qD=m{O8%_  
系统参数 6|"!sW`%N  
b[&,%Sm+6  
1. 该应用实例的内容 U`8^N.Snrp  
9 z8<[>  
7/U<\(V!g  
2. 设计&仿真任务 JtrDZ;^@  
3Q!J9t5dc  
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。 n'&`9M['%d  
Wc`J`&#.#  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 n.)[MC}  
/v;)H#;  
EZwdx  
4. 参数：SLM像素阵列 -'p@ lk  
"o5gQTwb  
A 4W  
5. 参数：SLM像素阵列 ~QEXB*X-g'  
nTlv'_Y(  
5{d9,$%8&  
应用示例详细内容 [
K4+G]6  
UmD-7Fd  
仿真&结果 X\$W'^np  
&8_#hne_  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM kvgs $  
 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)。 V^$rH
<  
 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。 S'-`\%@7  
,b.4uJg'  
2. VirtualLab的SLM模块 ^Mvsq)  

)T};Q:  
YaJ{"'}  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 T m@1q!G  
 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。 gHh.|PysW  
ID)gq_k[8,  
3. SLM的光学功能 :kiO  
~ Dp:j*H  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 @aV~.!!  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 @gqs4cg{f  
 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。 1={Tcq\]  
<Ec)m69P  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd g=YiR/O1QN  
,I&0#+}n  
 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。 r(in]7  
_9-D3_P[3  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd -ynLuq#1A  
`TlUJ]d)  
4. 对比：光栅的光学功能 R,5$ 0_]|+  
 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。 o?O,nD 6  
 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。 mv%:[+!  
 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)。 >5@vY?QXO  
 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。 QH' [(  
 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。 j.'"CU  
&<P^Tvqq&  
} Ved  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd =

E~5&W7  
?5YmE(v7  
5. 有间隔SLM的光学功能 U1
HD~  
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。 :k )<1ua  
$t H.np  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd nk3<]u  
6u, 0y$3  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 pOI`,i}.  
^YJ^+:D(  
?! _pP|  
6. 减少计算工作量 ;1g-z]  
0G\
myv  
采样要求： aLk2#1$g  
 至少1个点的间隔(每边)。 (DMnwqr  
 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。 6BN(^y#-X  
>fj$wOq  
采样要求： p,u<gJUL  
 同样，至少1个点的间隔。 ^21f^>k(  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 x(zZqOed  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 fQ.>G+0I>  
`L*;58
MA  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 e, 0I~:  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 I nK)O';  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 @$yYljP  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 $F()`L{Tj  
r\ Yur  
f uNXY-;  
$z,DcO.vz  
27 TZ+?  
7. 指定区域填充因子的仿真 kBT}Siw  
Eg29|)qsz  
 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。 N_k6UA9  
 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。 zomNjy*  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 X|1YGZJ  
 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)。

LqsJHG  
~d `4W<1a  
Q!e0Vb  
8. 总结 6Oba}`)q9  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 yi;t  
[_hhC  
第1步 i6:yNb ='  
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。 j"u)
/A8*  
xy3
%z  
第2步 "}+/0$F  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Hf{%N'4  
扩展阅读 O:p649A  
扩展阅读 bCe-0!Q  
 开始视频 V@'S#K#  
-    光路图介绍 
eniR}  
 该应用示例相关文件： TC{Qu;`H+U  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 *9(1:N;#  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 PM>
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