[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) 7 h=QW5  
dbdM"z4  
应用示例简述 o @Z#  
Z9`TwS@x[  
1. 系统细节 D)$8W[  
 光源 j f~wBmd7  
— 高斯光束 3\$wdUFr  
 组件 *s4\\Wb=  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 e)^j+ l  
 探测器 >7Jr^o#|_x  
— 视觉感知的仿真 q?j|K|%   
— 电磁场分布 -b;|q.!  
 建模/设计 5N7H{vT_  
— 场追迹： Qt>>$3]!!  
 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。 MHj,<|8Q  
n`7f"'/:  
2. 系统说明 `8_z!)  
E)N<lh  
Q+q,!w8  
3. 模拟 & 设计结果 []kN16F  
)
U t5+-UK  
4. 总结 <
Bg8,;  
I~* ? d  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ?*"srE,#JX  
KP"%Rm`XN  
第1步 }CGSEr4'w~  
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。 95W?{> @  
l1=JrpCan  
第2步 K{fsn4rk  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 LaMLv<)k  
2{,n_w?Wy  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 A Io|TD5{~  
n'FwM\  
应用示例详细内容 R,2P3lv1v@  
*>8ce-PV  
系统参数 U977#MXf  
TCKu,}s  
1. 该应用实例的内容 VR{+f7:}  
$4SzUZ0  
o(kM9G|  
2. 设计&仿真任务 E ]9\R  
2.e vx  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 XM1`x  
fnKY1y]2+  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 >JwLk[=j  
~p0c3*  
K0pac6]  
4. 参数：SLM像素阵列 PCrU<J 7  
|]=2 }%1w  
3riw1
r;Q  
5. 参数：SLM像素阵列 VZn=rw  
MxQ?Sb%Gka  
zvc`3  
应用示例详细内容 FyoEQ%.bI  
qml2XJ>  
仿真&结果 a&{X!:X  
"t=hzn"~%  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM G2{O9  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 \!50UVzm)  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 oPKr* `'  
,B}I?vN.  
2. VirtualLab的SLM模块 [P4$Khu$  

QYb33pN|  
F|bYWYED;  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 YV4#%I!<  
 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。 ?']h%'Q  
zQ6p+R7D  
3. SLM的光学功能 [k$*4u>  
T^<>Xiam  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ^rl"rEA  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Q:C$&-$  
 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。 S/ywA9~3Q  
)}%O>%  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd lS^(&<{  
\vfBrN  
 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。 /2M.~3gQ  
%h"z0@+  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd IxR?'  
ysIh[1E~%:  
4. 对比：光栅的光学功能 Qcjc,  
 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。 ^-CINt{O  
 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。 cV{%^0?D  
 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/!cGr(B~  
 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。 3l<S}k@M)  
 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。 q-ES6R  
$/1c= Y@  
U_l'3oPJw  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd dBV7Te4L  
qH,l#I\CG  
5. 有间隔SLM的光学功能 h0Z{,s}  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 y;?ie]3G  
{ x0t  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ]{~NO{0@Y  
dUznxZB  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 5Ky#GuC  
jeyLL<  
|IoB?^_h  
6. 减少计算工作量 Awv`)"RAR  
RC|!+TD  
采样要求： '\fY<Q:!  
 至少1个点的间隔(每边)。 W>(/ bX  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 I]"96'|N  
9z;HsUv  
采样要求： ;Yfv!\^|  
 同样，至少1个点的间隔。 I2$T"K:eo  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Sw`RBN[ yo  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 1T_QX9  
I|-p3g8\  
 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。 +(D$9{y  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 qa(>wR"m
T  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 CxhY$%C (L  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 X7UuwIIP  

J?JeU/:+  
'evj,zFhW  
]{ BEr*  
*tOG*hwdT  
7. 指定区域填充因子的仿真 8E&XbqP+  
M}_i52  
 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{$/B  
 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。 )4?x5#  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ultG36.x  
 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)。 Ee1LO#^_6  
v]%WH~>  
0U/K7sZ  
8. 总结 =&0wr6  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 >StO.Q99  
+(O~]Q-Ez  
第1步 r!P}u  
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。 DcMJ^=r8O:  
kpbm4t  
第2步 $wYtyN[  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 aw?=hXR!  
扩展阅读 jEc|]E  
扩展阅读 ,<<4*  
 开始视频 hqk}akXt  
-    光路图介绍 }pkj:NT  
 该应用示例相关文件： vhvdKD  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 {:c]|^w6  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 -IlJ
^Al4