[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) `lWGwFgg(  
(RV#piM  
应用示例简述 ~!qnKM>[  
s)`(@"{  
1. 系统细节 kfZ`|w@q  
 光源 Qrg- xu=  
— 高斯光束 -Dx3*ZhP  
 组件 X:$vP'B>  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 }7(+#ISK6  
 探测器 8FMxn{k2  
— 视觉感知的仿真 R54ae:8  
— 电磁场分布 GWWg3z.o"W  
 建模/设计 yxHo0U  
— 场追迹： #qYgQ<TM!  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 s_XCKhN:  
rKUtTj  
2. 系统说明 }DS%?6}Sy  
GDSXBa*7  
(${ #l  
3. 模拟 & 设计结果 7@%qm|i>w  
ndzADVP  
4. 总结
cx$h"  
UMe?nAC  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 %UrNPk  
yRyXlZC  
第1步 F |BY]{  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 +]A,fmI.  
\}v@!PQl  
第2步 {)lZfj}l  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ; F'IS/ttX  
KR?aL:RYb  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 <O0tg[ub  
w01[oU$
x=  
应用示例详细内容 I3Z?xsa@Z  
Zf3(! a[  
系统参数 *3`R W<Z  
:_6o|9J\t  
1. 该应用实例的内容 Os'E7;:1h  
iYgVSVNg  
:rQDA=Ps  
2. 设计&仿真任务 JAd .\2%Y  
jmwN1Se>  
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。 0*b8?e  
i@nRZ$K  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 X
Xum2eA  
bWp:!w#K  
2=fM\G  
4. 参数：SLM像素阵列 @2hhBW  
9!n95  
NMK$$0U  
5. 参数：SLM像素阵列 >W] Wc4\  
/C Xg$%\  
>~Zj  
应用示例详细内容 jyW={%&  
U<0Wa>3zj  
仿真&结果 IF6$@Q  
W7WHDL^  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 3]?='Qq.(  
 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{fPQ=  
 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。 4AJT)I.  
1a(\F7  
2. VirtualLab的SLM模块 #;a+)~3*O  

~/K&=xE  
rtz-kQ38R  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。  VQH48{X  
 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。 ^g6v#]&WA  
b'+Wf#.]f0  
3. SLM的光学功能 K
BtqtE'(L  
1/?Wa  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 WLXt@dK*u  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ,dQ*0XO!  
 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。 }C_g;7*  
GBb8}lx  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd j1g$LAe  
C('D]u$Hdk  
 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。 eC"e v5v  
!Z2h?..O  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ? bWc<]  
[>?|wQy>=  
4. 对比：光栅的光学功能 6O{QmB0KK  
 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。 e_epuki  
 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。 .jqil0#)Y"  
 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)。 W)r|9G8T  
 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。 A,EG0yb  
 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。 }w35f
G^  
-{OJM|W+  
i=n;rT  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd &77J,\C$:  
8/R$}b><  
5. 有间隔SLM的光学功能 Z1q<) O1QX  
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。 }rmr0Bh  
A2\hmp@A@7  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd Xk%eU>d  
>ph=?MKD  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 dLH@,EKl)  
83V\O_7j  
4uO88[=  
6. 减少计算工作量 9'H:pb2  
Szu@{lpP@  
采样要求： ',[AKXJ  
 至少1个点的间隔(每边)。 5Xxdm-0  
 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。 j7g>r/1eE  
h#UPU7;  
采样要求： \\R<HuTY  
 同样，至少1个点的间隔。 P|ibUxSA~,  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Xmmj.ZUr  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 3:WHC3}W  
fI;nVRfp  
 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。 8hww({S2  
 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。 3;z1Hp2X  
 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)。 6W YVHG  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Jb> X$|N'%  
fGeie m  
3%9XJ]Qao  
eVMnI yr  
;>ml@@Z  
7. 指定区域填充因子的仿真 :##
$-K*W"  
oc-&}R4=  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 EVqqOp1$v4  
 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。 g51UIN]o-  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 X*7VDt=  
 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)。 7fWZ/;p  
R!"`Po  

'tMD=MH  
8. 总结 ,\+N}F^  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 N6BOUU]  
s."N7F  
第1步 {l/`m.Z  
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。 UnVa`@P^:G  
Dby|l#X  
第2步 M).CyY;bm  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 p {.6  
扩展阅读 Lf<urIF  
扩展阅读 O`_, _  
 开始视频 @>ys,dy  
-    光路图介绍 WyB^b-QmDh  
 该应用示例相关文件： @6!Myez'  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 5sEk rT '  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 wLI1q
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