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空间光调制器(SLM.0002 v1.1) H<g-
Bhv
d :W h0 y}
应用示例简述 H 2\KI(
I C37f[Q
1. 系统细节 G5?Dt-;I
光源 H/Y ZwDx,i
— 高斯光束 rl[&s\[
组件 [@ _}BZk
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 u-yQP@^H
探测器 o"J}@nF
— 视觉感知的仿真 H5{d;L1[
— 电磁场分布 8ZE{GX.m2c
建模/设计 Mq8jPjL
— 场追迹： Z@=#ry
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。 ^LX 1&yT@
a>G|t5w
2. 系统说明 G(Ei Do&
3u3(BY{"\F
he;&KzEu
3. 模拟 & 设计结果 e@F9'z4
f^Lw3|rq4
4. 总结 a$ l
Rku9? zf^
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Yu>VW\Fb
+x\b- '
第1步 XL1v&'HLV
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。 @or&GcQ*
U5[xW
第2步 Nl"< $/
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 .'saUcVg:
m$Lq#R={Z
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 KW ]/ u
RHZ5f0b4L
应用示例详细内容 }E+#*R3auB
` B}( Ln
系统参数 N=YRYU o
%(79;#2`
1. 该应用实例的内容 g@BQ!}_#5
3M=ym.
lU`]yL
2. 设计&仿真任务 P y3Xvudv
Fc% @
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 4?
QWp,(Mv:r
3. 参数：输入近乎平行的激光束 o}C| N)'
( 6|S42
-
&Aw] +
4. 参数：SLM像素阵列 BWamF{\d1a
dlsVE~_G
Av:5v3%
5. 参数：SLM像素阵列 /B73|KB+
~3< Li}W
xL,Lb}){%
应用示例详细内容 {%.FIw k
5}@6euT5$
仿真&结果 z;yb;) ,
&rj3UF@hb
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM %T4htZa
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)。 q] eSDRW
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。 ,y@`wq>O
f|G,pDL x
2. VirtualLab的SLM模块 {Hxvt~P
t>p!qKrE'J
Z".m EF-b
为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 F[uy'~;@
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。 d :j D
_ _< u!;f
3. SLM的光学功能 ENW>bS8 e`
7A'd55I4
在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 iy_'D
为此，将区域填充因子设置为60%。 -{H; w=9
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。 C;7?TZ&x w
E=!=4"rZF
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd rrBu6\D
pM ZKF =
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。 \7M+0Ul1
d3D w[4
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd *PQu9>1w
|Y#KMi ~
4. 对比：光栅的光学功能 U(#)[S,
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。 Bc%A aZ0x
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。 hm#S4/=#
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)。 <s/n8#i=H
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。 x;A"S
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。 9$[I~I#z
zO#{qF+~;
 a#H2H` %
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd |X&.+RI
[^wEKRt&
5. 有间隔SLM的光学功能 jtqH3xfy
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 .XPcH(q
6{h+(|.(
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd x1:#rb '
Z9cg,#(D
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 l5sBDiir%
RQ?T~ASs
=+ um:*a.
6. 减少计算工作量 Hya ";'
 3L2@C%
采样要求： vfID@g`!q+
至少1个点的间隔(每边)。 :00 #l]g0q
如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 rBBA`Ut@F
;zy[xg.7
采样要求： !3~Vo Nh,
同样，至少1个点的间隔。 emZ^d/ A
假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 vCC}IDd
随填充因子的增大，采样迅速增加。 g=eYl_P6
/Mq]WXq[V
为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 ?O1:-vpZ
如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 k~|nU
如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 KX*Hev 'K
通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 m9*Lo[EXO
Dd+ f,$
\Ol3kx|
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。 u rGk_ .f
gI^);J rTE
7. 指定区域填充因子的仿真 gcImk0NIY
X|.M9zIx
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。 F",] *> r
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。 ]h (TZu
因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ejj|l
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)。 A`4Di8'Me
MWSx8R)PN
& y1' J
8. 总结 '[shY
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 k*bfq?E a
G9\Bi-'ul
第1步 9GnNL I{
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。 myH:bc>6
H[o 'j@0
第2步 IY|;}mIF
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 RMB?H)p+
扩展阅读 SdUtAC2
扩展阅读 ,hK0F3?H>
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