[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) t&Os;x?To?  
Z}A%=Z\/3  
应用示例简述 P #F=c34u  
p,pR!qC>  
1. 系统细节 )?M9|u  
 光源 K ]OK:hY4  
— 高斯光束 }0`nvA
f  
 组件 ,B&fFis  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 8 #X5K  
 探测器 )Dp/('Z2  
— 视觉感知的仿真
X0;4_,=  
— 电磁场分布 GsbAlNP  
 建模/设计 `dMqe\o
%!  
— 场追迹： p47S^gW  
 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。 e7fiGl  
v1k)hFjPK  
2. 系统说明 49Df?sx  
G'zF)0oD  
M}_i52  
3. 模拟 & 设计结果 _ ~RpGX  
w:Jrmx  
4. 总结 gw`B"c|  
m+{K^kr[  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 cWGDee(  
}),w1/#5u8  
第1步 _ 7PMmW@  
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。 cr?7O;,  
]nQt>R p_  
第2步 1CPjil*eb  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 >3:?)  
dt[k\ !-v  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 KV|}#<dD  
=Cv/Y%D
N  
应用示例详细内容 LAx4Xp/  
6OiSK@<Hk  
系统参数 T&T/C@z'R  
?6c-7QV  
1. 该应用实例的内容 2#X4G~>#h  
O=)  
>vrxP8_  
2. 设计&仿真任务 *'"T$i
b  
k{tMzx]F__  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 SxyONp.$\  
,U*)2`[  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 |8%m.fY`  
VN4yn| f/  
2>}xhQJ  
4. 参数：SLM像素阵列 o }Tz"bN  
H7+X&#s%  
?::NO Dg  
5. 参数：SLM像素阵列 RWgDD;&_[a  
&X9Z W$C  
~zm7?_"@]  
应用示例详细内容 #X: 'aj98  
ES<1tG  
仿真&结果 1%M&CX  
M >:]lpRK  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM >$gG/WD?KR  
 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)。 6#}93Dgv4  
 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。 oHM ]  
>Sa*`q3J  
2. VirtualLab的SLM模块 G.+l7bnZM  

?^' 7+8C*J  
l5Y/Ok0,  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 rzrl>9 h  
 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。 M)?dEgU}M  
: FAH\  
3. SLM的光学功能 k&#a\OJ7u  
bG&"9b_c  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 QQk{\PV  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 rA0,`}8\  
 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。 UX`]k{Mz  
y AF+bCXo  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 8,?v?uE  
e73^#O&Xt  
 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。 , xx6$uZ  
4@ILw  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd _2fkb=2@  
&m3.h!dq  
4. 对比：光栅的光学功能 kH*Pn'  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 >idBS  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 BhpOXqg  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 @/J[t  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 [#" =yzR<3  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 C8@TZ[w  
r%wA&FQ8U  
/9Q3iV$I]  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd CZ2`H[8  
B bhfG64  
5. 有间隔SLM的光学功能 a\kb^D=T  
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。 Ap&)6g   
:Ud[f`t  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd F0~k1TDw  
e"-X U@`k1  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 +y[@T6_  
|sqZ$Mu  
<Y 4:'L6  
6. 减少计算工作量 
OwzJO  
Jn
D{J`:  
采样要求： N)R[6u}  
 至少1个点的间隔(每边)。
PZ:u_*Vu`  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 M"=n>;*X  
"re-@Baw  
采样要求： "SWMk!  
 同样，至少1个点的间隔。 dYFzye  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 RKd  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 9z m|Lbj  
(A k\Lm  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 [~5p>'  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 KYJ1}5n  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 z^* '@  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 )!9Ifk0KH  
gLD`wfZR  
;S
wC&.I  
5`^o1nGO'  
#$S}3 o  
7. 指定区域填充因子的仿真 h4&;?T S  
c"YXxAJ  
 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。 PL0`d`TI  
 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。 &Y|Xd4:  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 #~:P}<h  
 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)。 n[xkSF^)  
Df07y<>7Q  
S{F-ttS"  
8. 总结 [um&X=1V8  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 =Je>`{J  
+,'T=Ic{  
第1步 H(+<)qH  
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。 T~4mQuYi  
,a|@d}U  
第2步 9pWy"h$H  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,1n >U?5  
扩展阅读 ~d>%,?zz  
扩展阅读 Z%o7f6P0IX  
 开始视频 ={(j`VSUX0  
-    光路图介绍 I\P Bu$Ww  
 该应用示例相关文件： ?dy~mob  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计  {E9v`u\  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 O0~vf[i];