[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) gEIjG  
Zla5$GM  
应用示例简述 -9}]J\  
J;+tQ8,AP  
1. 系统细节 z[0L?~$  
 光源 6aK'%K  
— 高斯光束 gmLGK1  
 组件 f";70}_  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 "}*P9-%  
 探测器 3lMmSKN  
— 视觉感知的仿真 _:+W0YS  
— 电磁场分布 ^TVica  
 建模/设计 Yt++?  
— 场追迹： $V]D7kDph*  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 {(o\G"\<XY  
@NlnZfMu  
2. 系统说明 ~d/Doi  
}!pC}m  
Os*,@N3t  
3. 模拟 & 设计结果 DvF`KHsy  
)+RGXVp  
4. 总结 o(]kI?
`  
r9%4q4D?>9  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _T6WA&;8  
6JmS9ho  
第1步 *1ekw#
'  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 3xsC"c>  
VHM,W]  
第2步 &w*.S@  ;  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 WUQ2[)<  
B*zb0hdo:  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。
:o*{.  
NVS U)#  
应用示例详细内容 OC#oJwC  
@+syD  
系统参数 g`y >)N/  
d5T0#ue/e  
1. 该应用实例的内容 _;
yp^^S  
j{7_p$JM  
bo 
<.7  
2. 设计&仿真任务 i'L7t!f}o  
FGr0W|?v  
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。 x(hUQu 6  
-F4CHpua  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 <&8cq@<  
pA!+;Y!ZB<  

A_{QY&%m  
4. 参数：SLM像素阵列 Fw!5hR`,  
/]>&OSV  
r@e_cD] M  
5. 参数：SLM像素阵列 G( nT.\  

x|U]x  
n~8-+$6OR  
应用示例详细内容 'hVOK(o0  
bNFX+GA/  
仿真&结果 d{9rEB?  
lR{eO~'~V  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 3`n5[RV  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 '@AK0No\W  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 00%$?Fyk  
5A7!Xd  
2. VirtualLab的SLM模块 %ia/i :  

VaZS_qGe:  
6@wnF>'/\  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 H 
}uT'  
 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。 ^\e:j7@z  
Y_p  
3. SLM的光学功能 @-qxNw  
>>(2ZJ  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 w/d9S(  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 yHCQY4/  
 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。 T d4/3k  
ok-sm~bp  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd h}q+Dw.i  
_S,2j_R9  
 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。 O(~`fN?n  
q}ZZqYk  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd V>gEF'g  
fk*JoR.o  
4. 对比：光栅的光学功能 S?OK
@UEJ  
 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。 zST#X}  
 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。 fT[6Cw5w`  
 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)。 x\3 ` W  
 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。 +SrE  
 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。 Gd%6lab  
}UXj|SY  
KP_=#KD  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd $SG^, !!&A  
RNRMw;cT  
5. 有间隔SLM的光学功能 ~bigaY  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。  Ca@[]-_H  
QMy;?,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd @`wBe#+\  
z.e%AcX  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ]AERi] B  
Z)P x6\?+  
V,|l&-  
6. 减少计算工作量 : 60PO  
[]3xb`<&  
采样要求： u-OwL1S+  
 至少1个点的间隔(每边)。 Te$/[`<U  
 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。 jn]hqTy8  
fa\<![8LAU  
采样要求： 7fI[yCh  
 同样，至少1个点的间隔。 s3g$F23  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 B(Y{  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ^=OjsN

 
Fdm7k){A  
 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。 Z>o;Yf[  
 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。 TjD`<k  
 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)。 }=s@y"["  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 v :6`(5  
JP!$uK{u  
3c@Cb`w@  
<~"qz*_  
fAUtqkB  
7. 指定区域填充因子的仿真 n@T4z.*~lA  
6by5VESx  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 Bq79Ev .-  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 \{{B57/Isq  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 */nb%QV  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 q$:T<mFK$  
$o/?R]h  
nt "VH5  
8. 总结 *Z|!%C  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 KNIYar*3  
;o%
r{:lng  
第1步 Z(/jQ=ozQ  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 NjYpNd?g  
B964#4& 9  
第2步 xzW]D0o0  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 VH#]67  
扩展阅读 "JJ )w0  
扩展阅读 GG(rp]rgl  
 开始视频 tz1iabZ{  
-    光路图介绍 'V 1QuSd  
 该应用示例相关文件： 3<m"z9$  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 RBt"7'  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Wf0ui1@