[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) HTR1)b  
hy!6g n  
应用示例简述 rN#\AN  
*/_@a?  
1. 系统细节 j|(:I:]  
 光源 jyQVSQs  
— 高斯光束 m8AAp1=  
 组件 4U{m7[  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ^Plc}W7h  
 探测器 EY$?^iS  
— 视觉感知的仿真 61|B]ei/  
— 电磁场分布 $ S~%KsC  
 建模/设计 pBU]=[M0  
— 场追迹： kFwxK"n@C  
 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。 Nv3tt  
?d
5h9}B  
2. 系统说明 hVf^  
>qpqQ; bm  
lD3)TAW@o  
3. 模拟 & 设计结果 |_nC6;  
wv^b_DR  
4. 总结 zt?H~0$LB  
?0z)EPQ|  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 (Fqa][0  
G#lg|# -#  
第1步 QiU_hz6?v  
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。 Hg whe=P  
k%Eh{dA  
第2步 uP6-cs  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ?gG,
t4D  
q,@+^aZ  
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&K3"Ulw  
l&|)O6N  
应用示例详细内容 MS{{R+&  

:o$@F-
$k  
系统参数 O<`,,^4w/  
.YC;zn^  
1. 该应用实例的内容 PG"@A  
_+n;A46  
f3t.T=S  
2. 设计&仿真任务 ~S;!T  
$T/#1w P  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 f~*K {7  
x.\XUJ4x  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 @/(@/*+"  
{MxnIg7'  
Bk@WW#b  
4. 参数：SLM像素阵列 +V1}@6k :  
e?=elN  
EzpwGNfz}  
5. 参数：SLM像素阵列 J#(,0h  
|[ocyUsxX  
}P.K2ku  
应用示例详细内容 4|F#gK5E  
tN}
c0'H  
仿真&结果 j6og3.H-  
ns26$bU  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 8Z!*[c>K-?  
 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)。  0Ve%.k  
 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。 |Ng"C`$oqv  
C fSl 54  
2. VirtualLab的SLM模块 -5xCQJ[  

NQR^%<hU  
u}m.}Mws  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Xl?YBZ}  
 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。 (H1lqlVWV#  
?@3&dk~ni  
3. SLM的光学功能 8nsZ+,@+[  
phS>T  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ! ]\2A.b[  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ^]7,1dH}M  
 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。 (Y)!"_|  
!EM#m@kZ{  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd v~`*(Hh  
Xy!&^C` J`  
 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。 ?} X}#  
avy=0Jmj  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ENyAF%6  
$l#{_~ "m7  
4. 对比：光栅的光学功能 o$\tHzB9!A  
 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。 UM`nq;>  
 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。 ]hKgA~;  
 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)。 >[8#hSk  
 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。 /6jGt'^U  
 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。 zHqhl}  
sbA2W~:  
gWi{\x8dt  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ?~ ?Hdv  
pX^=be_  
5. 有间隔SLM的光学功能 U3N(cFXn  
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。 9M]^l,
 
T g{UK  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd W]@6=OpH  
%Gu][_.L  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 x,f>X;
04  
7$#rNYa,z  
i7(~>6@|  
6. 减少计算工作量 cafsMgrA  
mZE8.
`  
采样要求： '{CWanTPi  
 至少1个点的间隔(每边)。 :~i+tD  
 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。 LGfmUb-{]  
t*s!0'Y  
采样要求： 
k{1b20  
 同样，至少1个点的间隔。 KDBY9`08  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 V pH|R  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 I5Q~T5Ar  
ZBC@xM&-  
 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。 ([tG 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。 ~ttKI4  
 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)。 vU{jda$$#  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ]xYayN!n  
xRB7lV*  
XR<G}x  
e lay =%)  
j=\Mx6os  
7. 指定区域填充因子的仿真 oAaf)?8  
^1Yo-T(R  
 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/f[`].#W  
 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。 97(n\Wt2  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 }|,EU!nDi  
 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)。 7g8B'ex J  
{<r`5  
NU(^6  
8. 总结 *.xZfi_|  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 "&}mAWT%If  
9GaL0OWo  
第1步 egbb1+tY  
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。 g/6nwa  
juXC?2c  
第2步 ze ?CoDx2  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Xa)7`bp<  
扩展阅读 QY@nE  
扩展阅读 HI z9s4Y_  
 开始视频 \"t`W:  
-    光路图介绍 r.9 $y/5  
 该应用示例相关文件： J7_8
$B-j7  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 sb 8dc  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 gn364U a