[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) @F5Af/  
tfU*U>j  
应用示例简述 '|4+
<#  
}AS/^E  
1. 系统细节 ."+lij=56  
 光源 ^+76^*0  
— 高斯光束 g[G/If  
 组件 rk8pL[|  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 r""rJzFz'  
 探测器 F_*']:p  
— 视觉感知的仿真 [@Ac#  
— 电磁场分布 nW)+-Wxq  
 建模/设计 uHI(-!O  
— 场追迹： G[mqLI{q  
 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-@3wro  
V#oz~GMB  
2. 系统说明 c;kU|_  
|H t5a.  
&DMC\R*j  
3. 模拟 & 设计结果 ==[(Mn,%d  
itzUq,T  
4. 总结 (%fQhQ  
~Y/A]N86,  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 OV]xo8a;  
#tR:W?!  
第1步 W p)!G  
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。 ipn-HUrE@  
`9
r{z;UQ  
第2步 WRD z*Zf  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 t,9+G<)>H  
=c@hE'{
 
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。  Lw\u{E@  
YcA. Bn|as  
应用示例详细内容 ^i8,9T'=  
G0 EXgq8  
系统参数 "\@J0|ppb  
y8$3kXh  
1. 该应用实例的内容 {P6Bfh7CZ  
dT0W8oL  
r^ Dm|^f#  
2. 设计&仿真任务 QDn_`c  
^# $IoW  
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。 1x_EAHZ>7  
4;L|U
a  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 !kSemDC  
aA4RC0'  
vNw(hT5750  
4. 参数：SLM像素阵列  9Vm aB  
~Fb@E0 }!  
<Z-Pc?F&(k  
5. 参数：SLM像素阵列 / <(|4e  
0G8@UJv6  
'f{13-#X@  
应用示例详细内容 IIAp-Y~B  
t#.}0Te7  
仿真&结果 }p?,J8=-  
M1eh4IVE?  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ) 'xyK  
 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)。 ?>+
uO0*S  
 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。 >IS4  
-dovk?'Gj  
2. VirtualLab的SLM模块 LhAN( [  

FC+-|1?C  
fcdXj_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。 D N!V".m`J  
 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。 RP2$(%  
M<Bo<,!ua  
3. SLM的光学功能 "=Z=SJ1D  
l0G{{R0Y  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 6H0kY/quL|  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 F2zo !a8  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 oL~1M=r  
}$<v  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd M;XU"8  
N_ ODr]L  
 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。 yreH/$Ou8  
(^~a1@f,J  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd #!_4ZX  
f=91 Z_M  
4. 对比：光栅的光学功能 aO$0[-A  
 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。 )F hbN@3  
 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。 $zOV*O2  
 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)。 pzRVX8  
 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。 d1#lC*.Sg  
 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。 Wg%]  
Pm P&Qje7  
z@UH[>^gj  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd r2f%E:-0G  
" :e <a?  
5. 有间隔SLM的光学功能 yE N3/-S+  
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。 Fdl0V:<  
\0lQ1FrY  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd gGNo!'o  
<>KQ8:  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 J_+2]X7n  
GF@`~im  
elM<S3  
6. 减少计算工作量 ?ZTA3mV?+  
4NRj>
y  
采样要求： 6a9:P@tY  
 至少1个点的间隔(每边)。 `!X8Cn  
 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。 @
eb
Y_*  
>G1]#'6;  
采样要求： VSO(DCr"L  
 同样，至少1个点的间隔。 CNV^,`FX  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。  ~9YEb  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 "w 4^i!\  
DIYR8l}x  
 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。 OtAAzc!dQ  
 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。 T g(\7Kq  
 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)。 a
"}ndrc*  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ,W'P8C  
+bso4 }
rS  
j7Zv"Vq@  
BQ,749^S  
~"bBwPI  
7. 指定区域填充因子的仿真 Cw!tB1D  
uQ ]ZMc  
 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。 Yx66Xy  
 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。 kg(}%Ih  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ;fQIaE&H  
 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)。 K{Nj-Rqd  
lwG)&qyVd  
"Qc4v@~)  
8. 总结 3:w_49~:~  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Ii3F|Vb G  

giIPK&  
第1步 ~md06"AYJ  
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。 f6(1jx"  
<}xgp[O  
第2步 _/ 5  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ;xFB /,  
扩展阅读 M`iE'x  
扩展阅读 {a2Gb  
 开始视频 ^VnnYtCRz  
-    光路图介绍 00-2u~D&  
 该应用示例相关文件： pL*aU=FjQ  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 }YiFiGf,  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 qm9=Ga5