[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) ^B[%|{cO  
L'XX++2  
应用示例简述 NHKIZx8sR  
6*3J3Lc_<  
1. 系统细节 Q"
UWh~  
 光源 %
YjZF[P  
— 高斯光束 @* a'B=7  
 组件 `uRf*-   
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Pe_mX*0  
 探测器 f( (p\&y  
— 视觉感知的仿真 S}zh0`+d'Z  
— 电磁场分布 (x7AV$N  
 建模/设计 ?U~}uG^  
— 场追迹： -&87nR(eW  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 UO%VuC5B  
CS[[TzC=5  
2. 系统说明 Wl3jbupu _  
DtBIDU]  
sDV*k4  
3. 模拟 & 设计结果 Vg1! u+`<  
=Rnx!E  
4. 总结 1
S!<D)n  
CV<@Rgoa  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 iy&*5U  
q3.L6M  
第1步 oS'M  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 "m
^whHj  
*ml&}9  
第2步
1iOQ
8hD  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 6 isz  
=}@
m$g  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Z Mp  
,l[h
9J  
应用示例详细内容 ;1Kxqpz_i  
i*16kdI.  
系统参数 S30@|@fTz  
:sT\-MpQvn  
1. 该应用实例的内容 !oXA^7Th6]  
bI^zwK,@4  
g=?KpI-pn0  
2. 设计&仿真任务 ^/+0L[R  
I0\}S [+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。 'TPRGX~&  
=m@5$  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 QC:/xP  
\Fhk>  
 )]2yTG[  
4. 参数：SLM像素阵列 =2%EIZ0oW  
F\.n42Tz  
[,_M@g3  
5. 参数：SLM像素阵列 }K=TB}yY  
/Cd`h;#@  
,j~R ^j  
应用示例详细内容 ? C2 bA5M  
_q([k_4h  
仿真&结果 )=\W sQ  
rN|c0
N  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ^&t(O1.-  
 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)。 g;(r@>U.r  
 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。 06bl$%  
kP%Hg/f/Ot  
2. VirtualLab的SLM模块 !M~p __  

YWA:741  
sV7dgvVd  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 OwGl&  
 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。 2aUz.k8o  
C]UBu-]#S  
3. SLM的光学功能 NF=FbvNe  
eafy5vN[zX  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 `+b>@2D_  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 q>&F%;q1]  
 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。 ypXKw7f(  

qR<  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd N$ZThZqqv  
w <]7:/  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 GK}?*Lfs  
(5d~0  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ] K7>R0  
bx
P>  
4. 对比：光栅的光学功能 Sm#;fx+  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。
Pi6C1uY6  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 @u/<^j3Q  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 32:,g4!~6  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 (7 Mn%Jp  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 Xj$J}A@  
:^kP?  
R_*b<~[/  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd )iy>sa{  
e%G-+6  
5. 有间隔SLM的光学功能 8{Y ?;~G  
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。 p)tac*US  
&F\J%#{  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 'xb|5_D  
&+`l $h  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ,?B.+4CW\E  
l{#m"S7J^  
w;QDQ fx0  
6. 减少计算工作量 Hi|2z5=V  
u7j-uVG  
采样要求： [ H>MeeR  
 至少1个点的间隔(每边)。 vFb{(gIJ  
 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。 v\-"NHl  
vyV n5s  
采样要求： (Wq9YDD@  
 同样，至少1个点的间隔。 7OtQK`P"A
 
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 EhB9M!Y`@  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 /BT;Q)(&  
f'
FY<ed<w  
 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。 z9HQFRbo[  
 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。 ;~]&$2sk  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 K?[pCF2C  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 NG'VlT  
o9wg<LP  
=La}^  
77i |a]Kd  
![Ip)X OG  
7. 指定区域填充因子的仿真 6xL=JSi~  
?%Y?z]L#  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 q'(WIv@  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 HC{|D>x.  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 )SA$hwR  
 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>]!yn   
9^a>U
(,  
2Fx<QRz  
8. 总结 sxThz7#i)  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 .yTk/x?  
MruWt*  
第1步 K+v 250J$-  
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。 2)j\Lg_M  

\)M5o  
第2步 1xguG7  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ePs<jrB<  
扩展阅读 VdeK~#k  
扩展阅读 ~Y'e1w$`  
 开始视频 !FSraW2  
-    光路图介绍 H&03>.b  
 该应用示例相关文件： K6Gc)jp:b  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ,j_{IL690  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 _5`M( ;hL2