[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) i|%5  
vVAb'`ysv  
应用示例简述 8zZSp  
*wwhZe4V  
1. 系统细节 ^|aNG`|O  
 光源 ]c}=5m/  
— 高斯光束 _Fizgs  
 组件 MD<-w|#8IV  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 B20_ig:  
 探测器 R*yU<9Mm8  
— 视觉感知的仿真 ~n6[$WjZA  
— 电磁场分布 Y;,Hzmbs6w  
 建模/设计 ~Eq\DK  
— 场追迹： ('t kZt%8  
 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。 "x&3Z@q7  
JvkL37^n:  
2. 系统说明 .|uLt J  
YdI0E   
&3Tx@XhO  
3. 模拟 & 设计结果 8%[HYgd5)  
Xr
S\+y3  
4. 总结 Ziz=]D_  
Sj)}qM-y#  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Wr>(#*r7q  
=Y9\DeIZ  
第1步 YUscz!rM  
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。 H] k'?;  
[T`}yb@  
第2步 S5_t1wqBJ  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 /)9W1U^B  
se!mb _!  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Fc8E Y*  
nJJs%@y  
应用示例详细内容 i[150g?K  
-#?<05/C>  
系统参数 KFDS q"j  
=-~;OH/  
1. 该应用实例的内容 aI(>]sWJ  
e7xj_QH  
|;u}sX1t9  
2. 设计&仿真任务 0@)%h&mD  
F>+2DlA`<e  
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。 gWrAUPS[  
@T&t.|`  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 iePf ]O*  
xNpg{cQ=  
sG,+  
4. 参数：SLM像素阵列 H9` f0(H  
9s`/~ a@  
alm- r-Kb3  
5. 参数：SLM像素阵列 * OsU Y=;  
'<@=vGsye  
&Y7C0v  
应用示例详细内容 *7" L]6  
*Oo &}oAj  
仿真&结果 e*]r  
9<s4yZF@x  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ~p*1:ij  
 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)。 ;=jr0\|e  
 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。 V5"HwN+`  
6)e5zKW!?  
2. VirtualLab的SLM模块 kWL.ewTiex  

Y)
b@0'  
^0tw%6:  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 :\yc*OtX  
 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。 'iUg[{'+  
.Q&rfH3  
3. SLM的光学功能 f9TV%fG?  
 "0&N}  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 C3VLV&wF  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ?Zz'|.l@  
 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。 pOga6'aB)  
z.)p P'CJo  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd naNyGE7)  
K`k'}(vj  
 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。 "T6#  
SH8/0g?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd bAF )Bli  
.px:e)iW  
4. 对比：光栅的光学功能 wW`}VKu  
 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。 ?m;;D'1j  
 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。 $Ui&D I  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 |L:Cn J  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 ]hTb@.  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 qpqokK  
{CUk1+  
2t1I3yA'{z  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd {G*QY%j^  
H:S,\D?%2x  
5. 有间隔SLM的光学功能 ZR3nK0  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 MZv\ C  
?tYpc_p
#  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd y79qwM.  
.~klG&>aV  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 5/I_w0  
!3}deY8;#  
j9y3hQ+q  
6. 减少计算工作量 RK
Tb'3H  
;IZ
?19Q  
采样要求： cF+ X,]=6  
 至少1个点的间隔(每边)。 fCX*R"  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 7_\Mwy{P  
O/OiQ^T  
采样要求： yA7)Y})>  
 同样，至少1个点的间隔。 9$l>\.6  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 4$"D
baC  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Iazk
dJX~  
[Ot,q/hBJ  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 /c-nE3+rn  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 4j'd3WGpbN  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 rVryt<2:@r  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ~+n,1]W_  
RtV.d\  
%:u[MBe,  
"{BqtU*.  
8X7{vN_3K  
7. 指定区域填充因子的仿真 Hi,t@!
!  
d'HOpJE  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 (Mt5P  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 d@kc[WLD^  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ,4@|1z{bfm  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 hR)2xz  
x:z0EYL  
/i
M$Tb5  
8. 总结 clDHTj=~  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 UTk r.T+2X  
e<\<,)9@/  
第1步 \8b6\qF/\  
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。 lAASV{s{  
'jaoO9KY K  
第2步 0Xl%uF+w  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ;Ss$2V'a  
扩展阅读 jX */piSq  
扩展阅读 :BZ0 7`9  
 开始视频 $aP(|!g  
-    光路图介绍 S`q%ypy  
 该应用示例相关文件：  t@B(+
 
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 %5B%KCCN  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 vA&Vu"}S