[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) 5e|2b] f$  
p`CVq`k  
应用示例简述 [Dv6z t>  
;#>,eD2u  
1. 系统细节 r'GD  
 光源 @=0O'XM  
— 高斯光束 [tP6FdS/M=  
 组件 j_I  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 >@T(^=Q  
 探测器 {TWgR2?{C  
— 视觉感知的仿真 )RFE< Qcj  
— 电磁场分布 qOi3`6LCV  
 建模/设计 ! 54(K6a[  
— 场追迹： ~:|qdv%\  
 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。 F9Bj$`#)  
,fQs+*j  
2. 系统说明 -nvK*rn>}  
bO:m^*  
02EbmP  
3. 模拟 & 设计结果 !N::1c@C  
| gou#zi  
4. 总结 N;.cZp2  
luEP5l2&  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 DJF-J#  
z+J4XpX0,  
第1步 o#IQz_  
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。 1Xv- e8M  
|0wUOs*5  
第2步 f17pwJ~=  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 I'_.U]An  
54A ndyeA  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 lIN`1vX(  
$g|/.XH%  
应用示例详细内容 T]5Jsr
T  
C7]K9  
系统参数 N o}Ly{  
FuYV}C  
1. 该应用实例的内容 >,8DwNuq  
8bB'[gJ]{  
sQT0y(
FW  
2. 设计&仿真任务 t._W643~  
ak?XE4-N  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 )ow|n^D($M  
CapWn~*g  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ?PIOuN=  
J`ia6fy.I  
[Ng#/QXk{  
4. 参数：SLM像素阵列 xQ `>\f  
G<C[A   
"%
aJ'l2  
5. 参数：SLM像素阵列 +h6cAqm]  
;a/Gs^W  
RZ!-,|"cwL  
应用示例详细内容 Qa nE]  
ZGHkW9b&  
仿真&结果 z?HP%g'M~  
y>vr Uxgo  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Tp.0@aC  
 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)。 S x';Cj-  
 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。 ZM/*cA!"  
NhyVX%qt:  
2. VirtualLab的SLM模块 #Sj:U1x  

I| qoHN,g  
0/d+26lR  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 EKsL0;FV  
 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。 Kc+;"4/#q  
ve2GRTO^aC  
3. SLM的光学功能 )6#dxb9  
-b"7WBl  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 0wV!mC  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 utxT$1iJn~  
 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 M: 5y  
HDUtLUd  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd PR=:3-#R  
^GG6%=g'  
 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。 jW5n^Y)  
PDaHY  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd $E@L{5Yt  
+U9Gj#  
4. 对比：光栅的光学功能 4:-h\%  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 lwhAF, '$  
 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。 W8j)2nKD  
 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)。 })O^xF~  
 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。 <Y9vc: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。 @^oOXc,r$  
[@Y<:6  
sXp>4MomV  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd E\Hhi.-  
z"8%W?o>  
5. 有间隔SLM的光学功能 +HNY!fv9  
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。 [8AGW7_  
J >Zd0Dn  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd mMm_=cfv  
=,&PD(.  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 | Zx  
.C(Ir  
Cw]&B  
6. 减少计算工作量 )K.~A&y@  
YKq,`7"%  
采样要求： uc9t0]o=h  
 至少1个点的间隔(每边)。 (3YCe{  
 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。 /n;-f%dL  
{vh}f+2  
采样要求： p x1y#Q  
 同样，至少1个点的间隔。 :4s{?IY
)l  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 hI*gw3V  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 aP^,@RrL  
t%Hg8oya  
 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。 '"&M4.J{  
 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。 8px@sXI*`  
 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)。 h<2o5c|  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 '<_nL8A^  
h^R EBPe  
yq+'O&+   
7/QQ&7+NkS  
v3!oY t:l  
7. 指定区域填充因子的仿真 _7es_w}R  
0nUcUdIf+  
 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。 \'Oi0qo>  
 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。 ;sd[Q01  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 %+gYZv-  
 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)。 S}6Ty2.\  
3)\jUVuj  
ggQ/_F8u  
8. 总结 ZDEz&{3U;  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ?'ID7mL  
aphfzo  
第1步 "ee:Z_Sz  
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。 y#F`yXUj  
"(bnr0  
第2步 xgoG>~F  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 {8+FxmH  
扩展阅读 q"){PRTm/  
扩展阅读 x(oL\I_Z  
 开始视频 /}+VH_N1  
-    光路图介绍 JSz;>  
 该应用示例相关文件： 5cj]Y)I-~  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ED0\k $  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 A^lJlr:_`