[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) l$$N~FN  
l][{ #>V  
应用示例简述 e;:~@cB,c  
1{B^RR.  
1. 系统细节 <^?64  
 光源 l?:!G7ie  
— 高斯光束 q.6$-w  
 组件 W)I)QinOH  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 uc@f#(-  
 探测器 TY[{)aH{S  
— 视觉感知的仿真 E5.3
wOE  
— 电磁场分布 3dG[dYj  
 建模/设计 1<RB}M  
— 场追迹： tmF->~|  
 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。 ,>X +tEgR  
g6:S"Em  
2. 系统说明 b&s"/Y89  
iOI8'`mk  
1A;>@4iC0  
3. 模拟 & 设计结果 Gj]*_"T  
j_ dCy  
4. 总结 6;g_}Zx  
Rckqr7q  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 F;l*@y Tq  
k 9 Xi|Yj  
第1步 V=}AFGC85  
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。 |IL..C   
eyK=F:GO  
第2步 JiL%1y9|  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 D~W1["[  
tPh``o  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Op^r}7
 
ZW\}4q;[A  
应用示例详细内容 0U'g2F>{  
/*DC`,q  
系统参数 Tl9KL%9  
q1QrtJFPG  
1. 该应用实例的内容 ~3bn?'`  
_]W {)=ap  
.0^-a=/  
2. 设计&仿真任务 uY+N163i  
$y~!ePKh  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 Ht.0ug  
8w &A89  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 z7X[$T$V  
0#f;/c0i  
wmh[yYWc  
4. 参数：SLM像素阵列 S~auwY,<  
S'"(zc3=  
Tdvw7I-q  
5. 参数：SLM像素阵列 c%,~1l  
X2PQL"`  
H2oAek(  
应用示例详细内容 @&!HMl  

qI,4uGg  
仿真&结果 "]|I;I"b  
S7SD$+fX  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM (~t/8!7N  
 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)。 rdd%"u+  
 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。 ~$7fU  
?rqU&my S  
2. VirtualLab的SLM模块 48 DC  

J}IHQZS  
?ysC7((  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 S0+nQM%  
 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。 j_2-  
RM2<%$  
3. SLM的光学功能 H%c:f  
"_Wv,CYmNr  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 lc%2fVG-e  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 6\4~&+;wL  
 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。 fbaQXM  
&_cMbFLBP  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd Ar@" K!TS  
]<\FtH  
 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。 QAiont ,!  
__Ei;%cV  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd $ K>.|\
 
~4YU  
4. 对比：光栅的光学功能 ~Xa8\>  
 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。 #kD8U#  
 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。 hVPSW# .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)。 H4#|f
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。 8RS=Xemds  
 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。 g~EJja;  
/Q Xq<NG  
8
.9TWsZ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd @SA:64 9  
}F'B!8n  
5. 有间隔SLM的光学功能 5c*kgj:x  
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。 'urn5[i  
Y_qRW. k  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd G:TM k4  
'xO5Le(=M  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 X.)caF^j  
|q&&"SpA  
04eE\%?  
6. 减少计算工作量 L~nVoKY*V  
mx`C6G5  
采样要求： |L XYF$  
 至少1个点的间隔(每边)。 N;4tvWI  
 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。 b65V*Vbj  
e.X*x4*>~  
采样要求： OV)J  
 同样，至少1个点的间隔。 hrsMAh!  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 p-d2HXo  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 7v9l+OX,6  
3K Y-+ k  
 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。 NYS|fa  
 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。 US<bM@[  
 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)。 /:-8 ,`  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 [v7)xV@c  
[~cb&6|M  
6$#p}nE  
:Osw4u]JXd  
j. 1@{H  
7. 指定区域填充因子的仿真 }Yd7<"kp  
<=fYz^|XT  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 DIx!Sw7EC  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 JO\F-xO  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ILsw'  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 &DnX6%2  
pwq a/Yi  
G&P[n8Z$  
8. 总结 <5oG[1j  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ')ZM# :G  
tqdw y.  
第1步 ,^]yU?eU  
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。  U/v }4b  
5[^pU$Y  
第2步 3yT7;~vPj  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 \[m{&%^G  
扩展阅读 s d-5AE  
扩展阅读 P.G`ED|K!Y  
 开始视频 GEJEh
wO;H  
-    光路图介绍 U-uBz4Gha  
 该应用示例相关文件： LQy`,-&  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 xl.iI$P  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ?!PpooYK