[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) <Y
6>L};  
tqf-,BLh  
应用示例简述 DcDGrRuh  
TI&J>/z;$  
1. 系统细节 $&C%C\(>D  
 光源 @h8~xs~DG  
— 高斯光束 /bk} J:QRg  
 组件 o>%W7@Pr  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 9K(b Z{  
 探测器 M$A
!
 
— 视觉感知的仿真  >S/>2e:  
— 电磁场分布 _{);n$`  
 建模/设计 Z28@yD+  
— 场追迹： Ob+c*@KiW  
 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。 <[~M|OL9q,  
9V!K._Cb  
2. 系统说明 {,srj['RS  
zg"ZXZ  
Rznr9L  
3. 模拟 & 设计结果 `8Ix&d3F  
4B(qVf&M  
4. 总结 2O>iAzc  
]7@Dqd-/S  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 >8- `  
pqX=l%{4ES  
第1步 b5C #xxIO  
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。 ^2tCDm5  
)63w&  
第2步 lPP7w`[PA  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 (Zkt2[E`  
4Qs#ws])  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 }=5(*Vg  
5#tvc4+)
  
应用示例详细内容 xRmB?kM3]5  
LdV_7)  
系统参数 @wz7jzMi  
5O*$#C;c  
1. 该应用实例的内容 qr1^i1%\  
IYPI5qCR  
)^AO?MW  
2. 设计&仿真任务 S7]cF5N  
>EG;2]M&  
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。 n"vI>_|G  
aQuENsB  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Wit1WI;18  
PT=%]o]  
F
u)7J4Z  
4. 参数：SLM像素阵列 EhoR.  
f}A
^rWO  
8[V!e[  
5. 参数：SLM像素阵列 nLQJ~("  
-lHJ\=  
v?J2cL  
应用示例详细内容 e%#f9i  
"wc $'7M  
仿真&结果 oz--gA:g  
1k`!w}  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM a?dM8zAnc  
 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)。 mjpH)6aD0  
 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。 O`4X[r1LD  
Z2r\aZ-d`  
2. VirtualLab的SLM模块 .x&>H  

)yJjJ:re  
) PtaX|U  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 BehV :M  
 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。 GZo^0U,;  
!&kOqc5:t<  
3. SLM的光学功能 -Q/Dbz#-  
lsd\ `X5,  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 3)sqAs(  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 +!rK4[W'  
 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。 Sq,x@  
$%<gp@Gz  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd x:(e:I8x(  
94+#6jd e  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 5|Uub,  
W cnYD)  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 6 J#C  
ZD*>i=S  
4. 对比：光栅的光学功能 Jx_4:G  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 a v/=x  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 ,QDq+93  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 X^?-Une  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 8w$cj'  
 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。  /YHeO
 
m{X;|-DK[  
}k%>%xQ.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 6eb5q/  
^T"A9uaG  
5. 有间隔SLM的光学功能 {)G3*>sG3  
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。 R
GcT  
$iV3>>;eh  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ;9rQN3J$gn  
2- )Ml*  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 |KA8qQI]
%  
dJkTHmw  
0GB6.Ggft  
6. 减少计算工作量 8<P.>u  
:]x)lP(3E  
采样要求： "5@Y\L  
 至少1个点的间隔(每边)。 ='s2S5#1  
 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。 +_+_`q>]  
wH<S0vl  
采样要求： P9c1NX\-  
 同样，至少1个点的间隔。 sbgRl%  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 !-: a`Vs+  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 #df Aqg'  
CnO$xE|{  
 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。 ]UM
wpL&rY  
 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。 Kl^
Yq  
 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)。 3p7*UVR"  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 3#dUQ1qo6  
:yv!
 x  
}3@`'i7  
GG7N!eZ  
m0:8thZN  
7. 指定区域填充因子的仿真 }L@YLnc%  
bju0l[;=  
 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。 UF}fmDi  
 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。 <F&S  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 A1i-QG/6  
 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)。 jJ9|  
|>VHV} 4)<  
W0R6<- 1
 
8. 总结 sH6srwI  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Y5K!DMKY  
h$lY,7  
第1步 g-6!+>w*>e  
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。 eK
]GyY/Y  
wd u>3Ch"y  
第2步 cLamqZf3  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 m^p Q55,  
扩展阅读 4iDo.1B"  
扩展阅读 O#9Q+BD  
 开始视频  xU)~)eK  
-    光路图介绍 #E>f.:)  
 该应用示例相关文件： 75<E0O  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 H.'_NCF&;L  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Rb#?c+&
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