[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) huQ1A0(no  
1/{:}9Z@  
应用示例简述 <<`."RY#0  
'<Vvv^Er  
1. 系统细节 -S|L+">=Z  
 光源 wWm#[f],?  
— 高斯光束 sVC5<?OW!p  
 组件 $Z(zO;k.  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 .CYq+^  
 探测器 T[7DJNdG6  
— 视觉感知的仿真 3!}#@<j  
— 电磁场分布 iA< EJ  
 建模/设计 'Wi*[  
— 场追迹： k\%{1oRA  
 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。 -p)HH@6a  
k9bU<  
2. 系统说明 MdyH/.Te  
#uH1!UQb  
T|}HK]QOX  
3. 模拟 & 设计结果 tL3(( W"  
!sLn;1l  
4. 总结 <8y8^m`P9  
JRNyvG>j  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 b&e? 6h^G  
p1&d@PF&&  
第1步 F>}).qx  
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。 oZ=e/\[K  
p"X\]g^jA>  
第2步 ?ph"|LyL  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ^]v}AEcmW  
Jsw<,uTD  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 EU\1EBT^  
IGp-`%9
 
应用示例详细内容 Zc"]Cv(  
0? l  
系统参数 xE9s=}  
$Qm;F% >  
1. 该应用实例的内容 xqG` _S l  
w S;(u[W  
5]F9o9]T  
2. 设计&仿真任务 Cf+O7Y`^  
-&HN h\  
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。 Pq`4Y K  
l"vT@g|  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 't>Qj7vh0  
Onk~1ks:  
L72GF5+!!  
4. 参数：SLM像素阵列 5=
F-^  
p;B +g X  
a'A0CQ
 
5. 参数：SLM像素阵列 q2SkkY$_]y  
P"~B2__*  
mg3jm  
应用示例详细内容 `|v#x@s  
}x8fXdd  
仿真&结果 hgh1G7A&  
Le}q>>o;q  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM x^;nfqn|  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 5jV]{ZV#  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 {vU '>pp  
*]EcjK%  
2. VirtualLab的SLM模块 G/D{K$=t~  

E+>;tLw3j  
`q/y|/v<  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 )-sEm`(`I9  
 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。 )/=J=xw2  
PJ_|=bn  
3. SLM的光学功能 j9qN!.~mM  
i?R qv<n  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 1"e=Zqn$)  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 g>Z1ZK0;M  
 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。 y}3V3uqK  
EXzY4D ^  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd LQS*/s0  
E6G^?k~q  
 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。 %:/;R_  
FJD*A`a  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd j9,X.?Xvx  

Zaj<*?\  
4. 对比：光栅的光学功能 DnTM#i:  
 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。 PF+`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。 |[V(u  
 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)。 IEA[]eik>  
 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。 B[*i}k%i  
 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。 ,rN7X<s54  
[IYs4Y5  
k82'gJ;MC=  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd E^qKkl  
+I')>6  
5. 有间隔SLM的光学功能 4bKZ@r%  
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=mJ8W@  
7j]@3D9[:p  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ~:0h o  

t2E_y6  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 yWs/~5[F  
x^ Wgo`v)  
J|>P,x#G  
6. 减少计算工作量 +yTL  
isN"7y|r:X  
采样要求： b1^MX).vH  
 至少1个点的间隔(每边)。 @tP,l$O&  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 'J\%JAR@  
abF_i#  
采样要求： qv<VKJTi6]  
 同样，至少1个点的间隔。 ND`~|6
yb  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 p&q&Fr-  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ;<*VwXJR  
U@*z#T#"m  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 "44X'G8N  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 c2i^dNp_  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 xo*a9H?@  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 rVO+ vhih  
I7}[%(~Sf/  
5=$D~>-#  
4R
K^efnp  
1,/oS&?E  
7. 指定区域填充因子的仿真 p'R}z|d)  
^o{O5&i]  
 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。 Axcm~!uf  
 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。 4[(P>`Unx  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 BEY}mR]  
 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)。 _LS=O@s^  
Kg%_e9nj#  
68D.Li  
8. 总结 )cvC9gt  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 J4JKAv~3  
Aw5yvQ>]e  
第1步 @Pa ;h  
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。 =A,i9Z&  
hxv/285B  
第2步 .NPai4V'  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 jKtbGVZ7r  
扩展阅读 !]"T`^5,Y  
扩展阅读 9iv!+(ni  
 开始视频 kmuF*0Bjk  
-    光路图介绍 %II |;<  
 该应用示例相关文件： tn}9(Oa)  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 K}*s^*X  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 8J>s|MZ