[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) @G/':N   
~cE;k@  
应用示例简述 to0tH^pD  
jgiP2k[Xom  
1. 系统细节 A<6V$e$:2  
 光源 !U02>X   
— 高斯光束 |pIA9/~Z  
 组件 ,v"/3Ff{,  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ^V^In-[!y:  
 探测器 WY@x2bBi  
— 视觉感知的仿真 X,- ' v[z  
— 电磁场分布 dEXHd@"H  
 建模/设计 cz_4cMgxu  
— 场追迹： qZ!1>`B  
 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。 r#{r]q_E*  
T[$Sbz`  
2. 系统说明 ivdw1g|)h  
oz}p]l7  
1SBc:!2  
3. 模拟 & 设计结果 CK e  
-`e=u<Y9@  
4. 总结 MDkIaz\U  
l3aG#4jj  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 -X#J<u T/  
>/"XX,3  
第1步 PVO9KWv**  
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。 $,k SR}  
YQR*?/?a  
第2步 >J=x";,D|~  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ";~}"Yz?[  
<!,q:[ee5  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 1{ #Xa=  
VmQ7M4j*  
应用示例详细内容 - Pz )O@ ;  
AK<ZP?0  
系统参数 Q:+Y-&||"  
3&*0n^g  
1. 该应用实例的内容 &QOob)  
$52Te3n  
+N[dYm  
2. 设计&仿真任务 |
D^Q}uT  
^&uWAQohL  
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。 o,) p*glO  
-b@E@uAX/  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 |PN-,f{-  
KGUpXMd^Z  
yh_s(>sh  
4. 参数：SLM像素阵列 5q]
u:  
#},]`"n\  
"!)8bTW  
5. 参数：SLM像素阵列 pmCBe6n\l  
kt1f2cj  
;lGa.RD[a  
应用示例详细内容 p!'
wOThO`  
>1ZMQgCG  
仿真&结果 *Oz
5I  
17D167\X  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM VhSKtD1  
 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)。 va8:QHdU  
 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。 |iM*}Ix-  
fJv0 B*  
2. VirtualLab的SLM模块 +:&(Ag  

pq5)Ug  
](_(1  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 j<deTK;.  
 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。 aic6,>\!'  
B_cn[?M  
3. SLM的光学功能 ^e>v{AE%  
=< CH(4!  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 lRt8{GFy  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 EZP2Bb5g  
 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。 (%0X\zvu/  
M/V >25`  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd [9?=&O#*  
`*oLEX
YN  
 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。 LR)is  
`"ie57-  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 62(WZX%b  
nBiSc*  
4. 对比：光栅的光学功能 ,A6*EJ\w   
 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。 cJ8*[H<NV  
 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。 l"*>>/U k  
 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)。 Wq{'ZN  
 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。 McsqMI6  
 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。 b!.# `.  
/@#)j( eY/  
E#ys-t 42  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd RM<\bZPc  
iBUf1v  
5. 有间隔SLM的光学功能 aRG[F*BY  
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。 !d(!1fC  
RTl7vzG  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd _)Qt,$  
+H<%)Lk J  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 [2\`Wh:%P  
T@Q<oNU  
:m$%D]WY  
6. 减少计算工作量 k6Tpaf^  
+mxYz#reX  
采样要求： SiBbz4  
 至少1个点的间隔(每边)。 JnsXEkM)  
 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。 O3BU.X1'%  
/Cg/Rwl  
采样要求： t!iF(R\  
 同样，至少1个点的间隔。 }bnkTC
 
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 b5)>h  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 57MoO  
e5XikLu  
 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。 SQ1&n;M}f  
 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(EBi#G  
 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)。 ^y6CV4T+  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 r=[}7N
 
Fh/C{cX9g  
B+Bv(p  
:YI>AaYWDO  
,pG63&?j  
7. 指定区域填充因子的仿真 z`
2d(KE?  
CKR9APkv  
 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。 T a[74;VO  
 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。 :|A db\b  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 )I$Mh@F  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 =~S   
{vH8X(m  
a$|u!_)!h  
8. 总结 d!X?R}  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 UCWU|r<s,  
yTvK)4&  
第1步 Oxvw`a#  
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。 #3$|PM7,_  
3gh^a;uC  
第2步 ^KF'/9S  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Y'~&%|9+T  
扩展阅读 P3|<K-dFAK  
扩展阅读 x}[` -  
 开始视频 `->k7a0<b1  
-    光路图介绍 m{y
ON&y  
 该应用示例相关文件： !58JK f  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 !Ch ya  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 =w8 YZs8w