[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) (/KeGgkhv  
$ D.*r*c6  
应用示例简述 TlD^EJG  
aRy" _dZ2  
1. 系统细节 1|:'jK#gE  
 光源 =HjC.h  
— 高斯光束 %#TAz7  
 组件 DO6 pv  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 rqz48~\lJ  
 探测器
^~^=$fz  
— 视觉感知的仿真 ~rlPS#]o  
— 电磁场分布 #=N6[:,  
 建模/设计 rlY n"3%  
— 场追迹： kK=f@
l  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 @cc}[Uw4B  
9Y+7o%6e  
2. 系统说明 Qt>Bvu Q  
Hi nJ}MF  
-?w3j9kk>  
3. 模拟 & 设计结果 NZz^*Ela  
sKC(xO@L;`  
4. 总结 }kSP p  
80K"u[  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 kgd dq  
3hcWR'|  
第1步 {01^xn.  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 #j'7\SV  
(t5vBUj  
第2步 mYbu1542'n  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 VFq
7nV/O  
/9
o6R:B  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 kRV]`'u,  
mc4|@p*  
应用示例详细内容 IZuP{7p$  
q);oO\<  
系统参数 +wfZFJ:1l  
[9yd29pQ]  
1. 该应用实例的内容 :-$TD('F  
.Hg{$SAC(w  
`4wy *!]  
2. 设计&仿真任务 `yh][gqVE~  
n.Y45(@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。 h{ZK;(u$  
1n[wk'}qf4  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 OZ/"W)  
'p)DJUwt  
*;T'=u_lR  
4. 参数：SLM像素阵列 >7z(?nQYT^  
}\1V%c  
N'0nt]&a  
5. 参数：SLM像素阵列 N{<5)L~Y  
$."Fz x  
<) -]'@*c  
应用示例详细内容 AoY!f'Z  
<pM6fI6BD  
仿真&结果 /Mj|Px%  
jQ8 T  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM tMXNi
\Bj  
 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)。 TN<"X :x9  
 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。 sGE%zCB  
Ym6v4k!@O  
2. VirtualLab的SLM模块 %S^:5#9  

qDgy7kkQ  
qcge#S>  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 [E/. r{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。 Kd\d>&b  
PP]7_h^2  
3. SLM的光学功能 )1 QOA  
PKd'lo  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 V9cj  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 /N,\st  
 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。 K5z<n0X ~  
wUL5"\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 7>F[7_  
A)&CI6(  
 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。 &qM8)2Y  
J&B5Ll  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd @z:E]O}  
 QB !%  
4. 对比：光栅的光学功能 lqa~ZF*  
 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。 5W=Jn?y2  
 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。 NC iBn>=:  
 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)。 <9c{Kt.5(  
 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。 xrI9t?QaCb  
 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。 "U$](k.<VA  
$LcMG,8%_  
X~/-,oV=A  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd $GHi9aj_P  
8"p rWAN  
5. 有间隔SLM的光学功能 /SyAjZ  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 / %iS\R%ca  
'8FH
n~F  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd aj=-^iGG  
50a';!H  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 s'OK])>`  
jy_4W!4a  
b5ul|p  
6. 减少计算工作量 BqDsf5}jpA  
Z?WVSJUVf  
采样要求： NiQ Y3Nj  
 至少1个点的间隔(每边)。 <9T,J"y  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 ?b93! Q1  
p#3G=FV  
采样要求： )*
Wz5x  
 同样，至少1个点的间隔。 #%L_wJB-  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 DghqSL^s  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 HrMbp  
\j &&o  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 fwh/#V-i  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 .~TI%&#  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 P>^$X  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 y=jZ8+M   
r;E5e]w*-  
=k;X}/  
(+<66 TO  
MXjN./  
7. 指定区域填充因子的仿真 C5jt(!pi  
e@S\7Ks  
 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。 xMa9o  
 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。 J)|I/8!#  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 hS>=pO+y  
 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)。 h cu\c+
A  
F+j"bhe  
[fELf(;(  
8. 总结 0-57_"
;%Q  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 8Qj1%Ri:U  
06v'!M  
第1步 2=%]Ax"R  
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。 }mI0D>n  
9xE_Awlc85  
第2步 madbl0[y.  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 q'IMt7}  
扩展阅读 ?FEh9l)d\  
扩展阅读 Cv4nl7A'  
 开始视频 cIK4sOTJ&  
-    光路图介绍 "?FBbJ  
 该应用示例相关文件： _lRIS_^;eE  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 M&sQnPFH  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 2 zG;91^