空間光調(diào)制器(SLM.0002 v1.1)
應(yīng)用示例簡述
1. 系統(tǒng)細(xì)節(jié)
光源
— 高斯光束
組件
— 反射型空間光調(diào)制器組件及后續(xù)的2f系統(tǒng)
探測器
— 視覺感知的仿真
— 電磁場分布
建模/設(shè)計(jì)
— 場追跡：
一個(gè)SLM像素陣列處光傳播的仿真，仿真中包括了SLM像素間無功能間隔引起的衍射效應(yīng)。
2. 系統(tǒng)說明
3. 模擬 & 設(shè)計(jì)結(jié)果
4. 總結(jié)
考慮SLM像素間隔來研究空間光調(diào)制器的性能。
第1步
將像素間隔引入到一個(gè)先前設(shè)計(jì)的用于光束整形的SLM透射函數(shù)。
第2步
分析不同區(qū)域填充因子的對性能的影響。
產(chǎn)生的衍射效應(yīng)對SLM的光學(xué)功能以及效率具有重大影響。
應(yīng)用示例詳細(xì)內(nèi)容
系統(tǒng)參數(shù)
1. 該應(yīng)用實(shí)例的內(nèi)容
2. 設(shè)計(jì)&仿真任務(wù)
由于制造和技術(shù)的原因，像素之間存在非功能間隔。這種典型的間隔會(huì)產(chǎn)生衍射效應(yīng)，從而影響SLM的光學(xué)性能，并在接下來的工作中對其進(jìn)行研究。
3. 參數(shù)：輸入近乎平行的激光束
4. 參數(shù)：SLM像素陣列
5. 參數(shù)：SLM像素陣列
應(yīng)用示例詳細(xì)內(nèi)容
仿真&結(jié)果
1. VirtualLab能夠模擬具有間隔的SLM
由于可以嵌入組件，VirtualLab可以輕松的實(shí)現(xiàn)反射系統(tǒng)(如反射鏡，2f系統(tǒng)等)。
內(nèi)置的SLM模式可以實(shí)現(xiàn)從簡單透射函數(shù)到包含像素和間隔的陣列的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。
2. VirtualLab的SLM模塊
為設(shè)置像素陣列，必須輸入像素陣列尺寸和區(qū)域填充因子。
必須設(shè)置所設(shè)計(jì)的SLM透射函數(shù)。因此，需要輸入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路徑。
3. SLM的光學(xué)功能
在第一步，我們可以研究SLM后的電磁場。
為此，將區(qū)域填充因子設(shè)置為60%。
首先，獲得場(Ex方向)的振幅，分別顯示了SLM像素及其間隔的影響。
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd
此處，場(Ex方向)的（Wrapped）位相如下圖所示，其中所有的間隔的相位值都為一個(gè)常數(shù)值。
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd
4. 對比：光柵的光學(xué)功能
上述的像素效應(yīng)可以用相似光學(xué)功能的2D周期結(jié)構(gòu)的進(jìn)行比較。
所示函數(shù)(Ex的振幅)相當(dāng)于一個(gè)SLM，其像素提供一個(gè)常數(shù)位相函數(shù)。
通過這種光柵，能夠?qū)⒐庋苌涞綆讉�(gè)衍射級次，衍射級次分布在x-和y-方向(由于二維光柵結(jié)構(gòu))。
級次越高振幅衰減越快，所以只有0級，1級以及2級貢獻(xiàn)了主要的光強(qiáng)部分。
這意味著，對于SLM，我們所期望的光分布具有有較高的級次，其光強(qiáng)由區(qū)域填充因子決定。
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd
5. 有間隔SLM的光學(xué)功能
現(xiàn)在，基于像素陣列的區(qū)域填充因子，我們可以在傅里葉平面研究SLM的光學(xué)功能。
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd
下圖顯示了(Ex方向)光強(qiáng)分布，圖中具有相同的振幅比率。
6. 減少計(jì)算工作量
采樣要求：
至少1個(gè)點(diǎn)的間隔(每邊)。
如在有效區(qū)域，用戶指定60%區(qū)域填充因子，模塊在激活區(qū)域計(jì)算5×5點(diǎn)的等間距采樣。
采樣要求：
同樣，至少1個(gè)點(diǎn)的間隔。
假設(shè)指定90%區(qū)域填充因子，模塊計(jì)算25×25點(diǎn)的等間距采樣。
隨填充因子的增大，采樣迅速增加。
為優(yōu)化大填充因子條件下的計(jì)算工作量，減小相關(guān)陣列尺寸是非常有效的方法。
如果被照明區(qū)域小于陣列尺寸(標(biāo)記區(qū)域包含光強(qiáng)的90%)，這種簡化是非常適用的。
如果只考慮標(biāo)記的范圍，僅計(jì)算SLM的320×320個(gè)像素即可(SLM模塊自動(dòng)刪除了透射函數(shù)邊界)。
通過優(yōu)化，計(jì)算工作量減少了4.7倍。
減小SLM陣列尺寸后計(jì)算所得的振幅分布幾乎和全陣列一樣。
7. 指定區(qū)域填充因子的仿真
由于間隔非常狹窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子為98%，需要更多的采樣點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。
全陣列尺寸798×600像素將需要79992×60600個(gè)采樣點(diǎn)，需要極高的計(jì)算量。
因此，可適當(dāng)減小陣列尺寸到320×320像素，采樣點(diǎn)數(shù)目為32320×32320。
在優(yōu)化的幫助下，可對指定區(qū)域填充因子進(jìn)行研究(該仿真仍需約256GB的內(nèi)存)。
8. 總結(jié)
考慮SLM像素間隔來研究空間光調(diào)制器的性能。
第1步
將像素間隔引入到一個(gè)先前設(shè)計(jì)的用于光束整形的SLM透射函數(shù)。
第2步
分析不同區(qū)域填充因子的對性能的影響。
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