[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) iT)WR90  
FJM;X-UOY  
应用示例简述 %.x@gi q  
0??Yr  
1. 系统细节 @O3/3vi1  
 光源 t)1phg4H)  
— 高斯光束 ~0tdfK0c  
 组件 F#q&(  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 f5dR 5G  
 探测器 =LH}YUmd  
— 视觉感知的仿真 o#i ]"  
— 电磁场分布 Re:T9K'e  
 建模/设计 89eq[ |G_  
— 场追迹： ^3I'y UsY  
 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。 ]YD(`42x  
.{rbw9  
2. 系统说明 ~5#)N{GbY  
9fVj 8G  
w^VSj%XH!  
3. 模拟 & 设计结果 ,r+"7$  
0-e  
4. 总结 m3 IP7h'  
Z^6#4Q]YC  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 .;Y x*]  
[QEwK|!L  
第1步 d?Y-;-|8Qh  
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。 Sni=gZK  
B\<ydN  
第2步 P1d,8~;  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 LF=c^9t  
xUj2]Q>R+  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 QPg2Y<2  
el@XK}<dr  
应用示例详细内容 :0Te4UE;P7  
O3_B<Em  
系统参数 &:vscOl  
5RhF+p4  
1. 该应用实例的内容 d(l|hmj4j9  
zO2{.4  
x0x $  9  
2. 设计&仿真任务 0$Ff#8  
wu^q`!ml  
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。 F.KrZ3%4iB  
0BC`iql5  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 %]jQ48^R  
]gP8?s|  
3X'W
R]  
4. 参数：SLM像素阵列 v>I<|  
u5E/m  
UX}*X`{  
5. 参数：SLM像素阵列 YC)hX'A\  
t,Q'S`eTU  
d^SE)/j  
应用示例详细内容 DcU C,  
z6Z='=p
T  
仿真&结果 "t+r+ipf])  
3:" &Z6t#  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM !fZ
LQc  
 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)。 W?PWJkIw  
 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。 |uQ[W17^N  
]PVto\B=  
2. VirtualLab的SLM模块 TolrEcI  

Ut;'Gk  
w{P6i<J  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Y UZKle  
 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。 \*9Ua/H  
4 m$sJ  
3. SLM的光学功能 "i''Ui\H  

XW:%vJu^`  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 -7
L  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 jNqVdP]d\  
 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。 d"l}Ny)C  

;(`e^IVf  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd u2,H ]-  
]c,l5u}A$  
 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。 mrReast  
aZxO/b^j  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd UGf6i"F  
6'vi68  
4. 对比：光栅的光学功能 f~v"zT  
 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。 TRCI\  
 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。 j #es2;  
 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)。 777rE[\@b  
 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。 X=#It&m%s  
 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。 x {vIT- f  
.hgH9$\  
*sAOpf@M  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd vhNohCt  
s/PhXf\MN  
5. 有间隔SLM的光学功能 BUV/twU)  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 {)uU6z {'  
/6smVz@O  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd t@r#b67WJe  
Jbkt'Z(&J  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ef,F[-2^o  
y* rY~U#3  
fYs?D+U;PF  
6. 减少计算工作量 _4Ii5CNNU  
W`5a:"Vg  
采样要求： 6w@,I;  
 至少1个点的间隔(每边)。
CCn/ udp@  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 67fIIXk&  
}*Dd/'2+1  
采样要求： dGa@<hg  
 同样，至少1个点的间隔。 -@#Pc#  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 oN4G1U Kc  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ^}tLnF  
6g8M7<og9R  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 `{%-*f^  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 &6
Ns7w6*z  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 S>(z\`1qm  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 5W|u5AIw  
d~3GV(M  
%5`r-F  
 Hl!1h%  
.byc;9M%  
7. 指定区域填充因子的仿真 NuIT{3S  
]|t9B/()i  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 l,^xX=,  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 1x8(I&i  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 \?r$&K]4  
 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)。 4Sqvhz  
yg`E22  
eS* *L3  
8. 总结 ktU9LW~  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Q})t<l+L  
 .fbYB,0w  
第1步 ]}_p3W "Y9  
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。 &^AzIfX}Gw  
8 H,_vf  
第2步 j1W bD7*8  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [2=^C=52  
扩展阅读 Pu1GCr(  
扩展阅读 7xz#D4[  
 开始视频 vY4WQbz(  
-    光路图介绍 8f|9W%jt  
 该应用示例相关文件： %f_FGh  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 sYl&Q.\q  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 r$94J'_