[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) f;; S  
jnLo[Cf,H8  
应用示例简述 JnKbd~  
X9BBnZ  
1. 系统细节 9/qS*Zdh)  
 光源 | 3/p8  
— 高斯光束 g5YsVp  
 组件 ?9ho|  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 :{='TMJ7  
 探测器 SbNUX  
— 视觉感知的仿真 }(7QJk5 j  
— 电磁场分布 2ZIY{lBe  
 建模/设计 %<o$ J~l~  
— 场追迹： XjM)/-w  
 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。 1H@rNam&  
4I[FE;^  
2. 系统说明 ;{C{V{  
#?d#s19s  
Oh85*3  
3. 模拟 & 设计结果 ~0$F V  
~;4k UJD  
4. 总结 |ssIUJ  
*"bp}3$^^  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 sNpBTG@{l  

.BB:7+  
第1步 "ddH7:(k<  
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。 80"=Qu{s  
Rm1`D  
第2步 >u[1v  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Yt<PKs#E  
sWCm[HpG  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 eBRP%<=>D  
JF\viMfR  
应用示例详细内容 3jVm[c5%]  
NjyIwo0  
系统参数 NB#*`|qt  
hd BC ^n  
1. 该应用实例的内容 M HB]'  
%{_ YJXpO  
r/<JY5  
2. 设计&仿真任务 4'=N{.TtO  
n\p\*wb  
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。 QYb?;Z  
T/6=A$4 #  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 0-~x[\>>  
? UDvFQ&  
*/e5lRO\  
4. 参数：SLM像素阵列 ?YykCJJ ~@  
6N)1/=)  
J0! E@  
5. 参数：SLM像素阵列 %$KO]   
?7ZlX?D[  
|;-r};  
应用示例详细内容 ng*E9Puu[  
<~*Ol+/  
仿真&结果 sYI':UQe  
?0%TE\I8  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM eV%bJkt.  
 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)。 itgO#(g$Q  
 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。 p>
O< "X@  
*?"{T;4u~O  
2. VirtualLab的SLM模块 iRtDZoiD'  

B9-[wg#0G  
HwuPjc#
 
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 _?c.
3+;s  
 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。 2:F  
/CE d14.  
3. SLM的光学功能 =lD]sk  
(W!$6+GT  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 LS$82UB&  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 uy:=V}p  
 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。 tY=TY{RY  
2f4c;YS  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd w5jZI|  
j!)p NZW.<  
 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。 -=IM8Dny  
uJ\Nga<?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd J,Ap9HJt  
LL [>Uu?Y  
4. 对比：光栅的光学功能 _AbEQ\P{  
 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。 9#6/c  
 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。 MT0{hsuK9  
 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)。 gAP}KR#T  
 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。 H-w|JH>g  
 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。 Yk?q7xuT  
cvfAa#tq>  
E%B Gf}h  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd %T\x~)
 
eMzCAO  
5. 有间隔SLM的光学功能 }C.{+U  
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。 o hlVc%a  
s\!vko'M  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd V p{5K
xq  
Y cpO;md  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 q04Dj-2<  
zmRK%a(  
"|SE#k  
6. 减少计算工作量 n.RhA-O  
UUqj?'Nv  
采样要求： >,Z{wxzJ  
 至少1个点的间隔(每边)。 "cM5=;  
 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。 I1O?)x~  
K/cK6Yr  
采样要求： q2vz#\A?  
 同样，至少1个点的间隔。 w}q"y+=Z:  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 EQC  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 =i?,y+<  
F DX+  
 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。 {m:Rv&T  
 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。 e~?]F0/  
 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)。 mM>|fHGA  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 |0p'p$%  
?UDO%`X  
x$DJ  
&S]v+wF  
U{(07GNm#  
7. 指定区域填充因子的仿真 8 GN{*Hg  
Ya 4$7|(  
 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。 \l5:A]J  
 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。 ifZNl,  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 p>3'77 V  
 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)。 3>v0W@C  
!H\GHA'DO]  
Y3>\;W*?  
8. 总结 a=VT|CX[  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 QPE.b-S  
,>v9 Y#U  
第1步 va2A@
U  
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。 :exuTn  
E,yK` mPp^  
第2步 %=y3  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Z"Ni Y  
扩展阅读 g>P9hIl
 
扩展阅读 tdF[2@?+  
 开始视频 RGI6W{\  
-    光路图介绍 LfXr(2u  
 该应用示例相关文件： T?{9Z  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ,8nZzVo  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Fxx2vTV4ag