| 空间光调制器像素处光衍射的仿真
空间光调制器(SLM.0002 v1.1) u!TVvc <igsO
 应用示例简述 1:S75~b-`
 S^;D\6(r
 1. 系统细节 {U?UM
  光源 R(Y4n w+Y-
 — 高斯光束 p3Uus''V4
  组件 B\BxF6	y
 — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 KF&1Y>t=
  探测器 T\\Q!pY
 — 视觉感知的仿真 O4xV "\
 — 电磁场分布 |U}al[
  建模/设计 /	0Z_$Q&e
 — 场追迹: FFGG6r
  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。 L=zt\L
 0KknsP7
 2. 系统说明 \Q[u ?/TF
 _+z5~6>
 Wt2+D{@8
 3. 模拟 & 设计结果 NYbeIfL
 ts	rcX
 4. 总结 sG{hUsPa
 7U_~_yb
 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 z?V'1L1gM
 .0$$H"t
 第1步 :n36}VG|
 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。 >W%tEc
 ?ysC7((
 第2步 S0+nQM%
 分析不同区域填充因子的对性能的影响。  	?Y4$
 RM2<%$
 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 H% c:f
 :BFecS&i5
 应用示例详细内容 (xnXM}M&2Y
 {MK.jw9/
 系统参数 
)L}6to
 z&!n'N<C
 1. 该应用实例的内容 B16,c9[
 Ic_>[E?k
 "?E>rWz
 2. 设计&仿真任务 UR;FW`
 }lZfZ?oAz
 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。 %<cfjo
 VFLxxFJ
 3. 参数:输入近乎平行的激光束 RGrra<
 Cnp\2Fu/
 MpZ
#
 4. 参数:SLM像素阵列 ^^MVd@,i
 <1~5l~
 8P8@i+[]W
 5. 参数:SLM像素阵列  +z/_'DE
 0Q]@T@F.
 w#EP`aM2$=
 应用示例详细内容  u;$g13
 [wS~.
 仿真&结果 =bt/2nPV
 Dk$[b9b
 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM wm>I;|gA)
  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)。 #sLyU4QV
  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。 |q&&"SpA
 0"q ^`@sZ
 2. VirtualLab的SLM模块 JVO,@~~
 `Oxo@G*@}W
 *m_B#~4
  为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 3R!?r^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。 IBYRuaEB
 ?2D1gjr
 3. SLM的光学功能 "o+E9'Dm
 NY.Y=CF("
  在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 W-9?|ei
  为此,将区域填充因子设置为60%。 hdZ{8	rP
  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。 _=ani9E]uF
 BJzNh>-#=
 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 6|q\	M
 *aKT&5Ch-
  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。 g8<Ja (J
 m:EO}ws=
 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd H=2sT +Sp
 iwJeV J
 4. 对比:光栅的光学功能 &_mOw.
  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。 f=0U&~
  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。 Eg&oAY.U
  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)。 KjK.Sv{N
  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。 /b3b0VfF
  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。 nW1Obu8x|
 Y*!J +A#
 
  Gj Ds,9@f 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd >f7;45i
 X%iiz
 5. 有间隔SLM的光学功能  Hggp*(AQK
 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。 U&DD+4+28:
 [l;9](\8O
 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd *;(wtMg
 c rx8+
 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 EJF*_<f9O
 4.?tP7UE
 ivy+e-)
 6. 减少计算工作量 83rtQ;L
 E+>$@STv#
 
 采样要求: *AEN fTn 至少1个点的间隔(每边)。 !U}dYB:O
  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。 NkWU5E!
 F(jvdq
 采样要求: e;QPn(
  同样,至少1个点的间隔。 |UA)s3Uhxb
  假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 [ArPoJt
  随填充因子的增大,采样迅速增加。 Yv="oG!xL
 :Taequk
  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。  |7
.WP; 1
  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。 ~0S_S +e
  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)。 8T3j/D<r
  通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 _0Mt*]L	}
 "?_r?~sJx
 Aw]W- fx
 tvh)N{j
 
 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。LP_w6fjT 7. 指定区域填充因子的仿真 K0681_bp
 f@:.bp8VB8
  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。 . 4$SNzv3V
  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]dA<d?u
  因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ?Q`u\G3.m
  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)。 X?p.U
 okl*pA)
 F(?A7
 8. 总结 (%`R{Y
 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 !1g2'
 t)O8ON
 第1步 $j	ZU(<4,
 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 f$\gm+&hXE
 dd $}FlT
 第2步 xPuuG{Sm
 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 })zYo 7
 扩展阅读 KJ/
*BBf
 扩展阅读 mW_B|dM"
  开始视频 _z`g@[m:t
 -    光路图介绍 }p2YRTH x
  该应用示例相关文件: U9uy(KOW
 -     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 !KYX\HRW
 -     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 
Fo$kD(
 
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