[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) ?gGmJl  
u A=x~-I  
应用示例简述 H
OY@<'  
GcHy`bQbiX  
1. 系统细节 r ?e''r  
 光源 f,s1k[w/;  
— 高斯光束 T\
"eqa  
 组件  mRYM,  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 a6/$}lCq  
 探测器 KhWt9=9  
— 视觉感知的仿真 ?T (@<T  
— 电磁场分布 YU(|i}b  
 建模/设计 `#Yv(a2TY  
— 场追迹： k2@|fe  
 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。 :'+- %xUM  
=0" Zse,  
2. 系统说明 Y`tv"v2  
t:N3k ;k  
Eg/=VBtc  
3. 模拟 & 设计结果 tl@n}   
o'hwyXy/S  
4. 总结 s6F^z\6  
j_#oP  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 '(S@9%,aK1  
0;6^fiSY;  
第1步 ,|Xib
fw  
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。 B}|(/a@*  
K3xs=q]:@  
第2步 M<KWx'uV  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 P+/6-CJ  
Xv2u7T\  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 S(Ej: H  
mY& HK)  
应用示例详细内容 X1J
'  
/P}Wp[)u  
系统参数 0.4Q-?J  
ta)'z@V@g  
1. 该应用实例的内容 YYzl"<)c  
UwQyAD]Ht  
N:]Ud(VRM  
2. 设计&仿真任务 gbclk~kX  
]"DsZI-glW  
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。 2
dpTU=K4  
=w#sCy  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 sfuA {c'v  
gb,X"ODq  
>kN%R8*Sx  
4. 参数：SLM像素阵列 Qjl.O HO  
_w\A=6=q|  
k5X& |L/  
5. 参数：SLM像素阵列 G
i9s*v,s  
ns/L./z  
OY?x'h  
应用示例详细内容 .V.x0  
s<;kTReA  
仿真&结果 N*CcJp{Q  
#y4+O;{  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM /A{/  
 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)。 tI-u@ g  
 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。 <8_~60  
e>a4v8  
2. VirtualLab的SLM模块 *>%tx k:)  

{G^f/%  
lMN3;}K  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 = "N?v-  
 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。 c|,6(4j>$  
OU /=wpt  
3. SLM的光学功能 1P17]j2C  
Tz"Xm/Gy  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 /O$7A7Tl
 
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ^o@N.+`&<  
 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。 4{Q{>S*h  
|_ u  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd I6B`G Im5  
I\FBf&~  
 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。  `[=3_  
D+u#!t[q  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd )>X C_ R  
ZNX=]]HM<n  
4. 对比：光栅的光学功能 `uN}mC!r]  
 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。 =OUms@xcE  
 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。 nR2pqaKc  
 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)。 E/6@>.T?'  
 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。 *=p[;V  
 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。 h jCkj(b  
OlwORtWzZ  
|'R^\M Q  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd D')m8:>  
jLy3c@Dp  
5. 有间隔SLM的光学功能 w '<8lw  
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。 F}C.F  
2VgDM6h  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd X4bB  
K\2UwX  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 .e,(}_[[<  
S.#IC lV  
:
qQpBr$  
6. 减少计算工作量 NPFrn[M$  
|~y>R#u8pm  
采样要求： 0';U3:=i,  
 至少1个点的间隔(每边)。 ^q$m>|KI  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 <Z -d5D>  
~}g"Fe  
采样要求： .-[d6Pn
w  
 同样，至少1个点的间隔。 rpZ^R}B%*v  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 >kLUQ%zE@  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 5^}"Tn4I  
rz  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 !|1GraiS  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 n.
a55uy  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 IQ`#M~:  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 a+--2+~=  
j%V95M%$  
mqx#N%  
wj'5D0  
{);S6F$[3  
7. 指定区域填充因子的仿真 YjT7_|`(]  
>\x   
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 xD#r5  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 *s"dCc  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 \"X<\3z2  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 w[A$bqz  
<![]=~z$  
PS13h_j  
8. 总结 OjUZ-_J  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 n&`=.[+A  
S"/M+m+ ]  
第1步 SS/9fT"[  
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。 ZE!dg^-L  
:+G1=TuXw~  
第2步 
TCC([  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 qNH= W?T8.  
扩展阅读 .BWCGb2bH  
扩展阅读 ?/SIA9VK  
 开始视频 %s^2m"ca}=  
-    光路图介绍 .sO.Y<-fl  
 该应用示例相关文件： \R6D'Yt  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 _aR_[  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 bm &$wf