[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) x~(y "^ph  
4(sttd_  
应用示例简述 iE+6UK  
/fC\K_<N  
1. 系统细节 dk4D+*R  
 光源 o_3*;}k8  
— 高斯光束 .' IeHh  
 组件 w[{*9  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 uf?b%:A  
 探测器 NCxn^$/+>9  
— 视觉感知的仿真 w%I8CU_}.  
— 电磁场分布 %OFj  
 建模/设计 $$~a=q,P[  
— 场追迹：  I9Om#m  
 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。 +<B|qcT!  
"<T ~jk"u  
2. 系统说明 t}c v2S  
s%bUgO%&  
u:eW0Ows"  
3. 模拟 & 设计结果 -Fa98nV.WB  
5d(qtFH1  
4. 总结 8LeKwb  
P_mi)@  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 PMsC*U,oe  
<YSg~T  
第1步 fxOE]d8v  
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。 e %&  
}eI`
Qg  
第2步 CJ:uYXJJ:z  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 }*Dd/'2+1  
>waN;&>/  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 9G+y.^/6  
m.Twgin  
应用示例详细内容 bbO+%-(X  
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系统参数 D|"sE>  
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Ns7w6*z  
1. 该应用实例的内容 S>(z\`1qm  
4u7Cm  
^b:Xo"q#H  
2. 设计&仿真任务 aDXpkG0E  
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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。 Q^vGj</u  
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3. 参数：输入近乎平行的激光束 ]|t9B/()i  
l,^xX=,  
J/L)3y
 
4. 参数：SLM像素阵列 *
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3V"dG1?  
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5. 参数：SLM像素阵列 >Sh0d
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EgFl="0  
应用示例详细内容 icU"Vyu  
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仿真&结果 ys/`{:w8p  
)Kxs@F  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM RFhU#  
 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)。 *m iONc  
 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。 8TUF w@H%  
{`tHJ|8  
2. VirtualLab的SLM模块 5 Xk~,%-C  

LH bZjZ2  
l.sm~/  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 s z;=mMr/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。 gQu\[e%mVo  
*X%?3"WH8  
3. SLM的光学功能 ~WzMK  
}<E sS  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 loml.e=87  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 owP6dtd)  
 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。 5T7_

[{  
'\Qf,%%.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd n+v!H O"2u  
?SHc}iaU#  
 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。 
\x3^  
niXHK$@5  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd q]2}UuM|U  
T^rz!k{  
4. 对比：光栅的光学功能 R~U2/6V  
 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。 B.h0" vJ  
 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。 u]ZqF 
*  
 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)。 ,| $|kO/  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 %Y#[%~|(  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 >^M!@=/?J  
DMy4"2 o  
|:!EHFr  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd JrY"J]/  
5JJg"yuY"  
5. 有间隔SLM的光学功能 8Sd?b5|G~  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 AT2NC6{M  
s^{{@O.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 8A`p  
: OSmr  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ; |
E! |w  
sa\|"IkD2  
FCS5@l,'<  
6. 减少计算工作量 GQEIf$  
NgDZ4&L  
采样要求： ]
%vGC^  
 至少1个点的间隔(每边)。 ')Dp%"\?  
 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。 +35)=Uov  
b |o`Q7Hj  
采样要求： E@\d<c.  
 同样，至少1个点的间隔。 Z7mGC`>  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 y \mutm  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 USHlb#*  
YUP%K!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。 ba1$kU  
 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。 ;r0|_mnf  
 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)。 URmAI8fq*M  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 VR5e CJ:i  
{7
ZtOe  
0C"PC:h5  
2Be?5
+  
YI? C-,  
7. 指定区域填充因子的仿真 x):k#cu[L  
?-RoqF  
 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。 X*c_^g{  
 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。 D-2v>l_  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 yP1Y3Tga=  
 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)。 %O4}i@Fe  
E<98ahZ?l  
@?^LxqAWA  
8. 总结 d-#u/{jG)  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 D~i@. k  
Wzf1-0t  
第1步 9wDBC~.  
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。 qD=m{O8%_  
Zh fD`@>&  
第2步 :+?W  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 U`8^N.Snrp  
扩展阅读 9 z8<[>  
扩展阅读 +|}K5q\  
 开始视频 NP<F==,  
-    光路图介绍 YKX>@)Dxv  
 该应用示例相关文件： 6yl;o_6:  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 H2FFw-xW  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 8#d1}Y