[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) HmX(=Y  
8:M~m]Z+|  
应用示例简述 J::SFu=  
Jge;/f!i  
1. 系统细节 \*_a#4a  
 光源 3rR(>}:[V  
— 高斯光束 *4(.=k  
 组件 =~HX/]zF  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 VJ1`&  
 探测器 hR{Fn L  
— 视觉感知的仿真 n7{c0;)$  
— 电磁场分布 F`?pZ  
 建模/设计 d0N7aacY  
— 场追迹： vk#xCggK  
 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。 Z)?"pBv'  
H<FDi{  
2. 系统说明 %HSoQ?qA  
 %gf8'Q  
7`WK1_rR\  
3. 模拟 & 设计结果 cc^V~-ph  
zR`]8E]  
4. 总结 zizrc.g/Yg  
a{u)~:/G  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 /Hd\VI  
my
JsRb5  
第1步 4s$))x9p  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 lv8tS-  
v4S
|&m  
第2步 !J6k\$r  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 -i;#4@^t  
Wxg|jP$~   
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 lR-4"/1|y  
n ~ =]/  
应用示例详细内容 #~ >0Dr  
&t6L8[#yd  
系统参数 k
'u2a  
b8`O7@ar  
1. 该应用实例的内容 fd)}I23Q'  
;xj
^*b  
|:EUh  
2. 设计&仿真任务 D%BV83S   
g4~{#P^i  
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。 \s)j0F)  
U:IQWlC  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 +i K.+B  
Z?^AX&F  
UHxXa*HyI  
4. 参数：SLM像素阵列 2p'qp/  
/h  
jI y'mGaG  
5. 参数：SLM像素阵列 fw-LZ][  
t/y0gr tm6  
XLOk+Fn  
应用示例详细内容 LdRLKE<'e  
EJN}$|*Av  
仿真&结果 1s1$J2LX  
T@f$w/15  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM >pn?~  
 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)。 :]?I|.a  
 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。 B?Pu0 _|s  
eP;lH~!.0  
2. VirtualLab的SLM模块 7<X_
\,I  

jgukW7H  

r_Xk:  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Plt~l3_  
 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。 ! 5]/2  
O~igwFe  
3. SLM的光学功能 HQ4o^WC  
l$z-'  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 !v$hqNt7  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 0 5 `x$f  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 .,feRK>3  
|nv8&L8  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd Xo$(zGb  
 X&(1DE  
 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。 \ocJJc9  
.`iOWCS  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd @0+@.&Z  
O-
q [#P  
4. 对比：光栅的光学功能 [9*+s  
 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。 ofRe4 *\j  
 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。 |"\A5v|1  
 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)。 F DXAe-|Q  
 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。 NouT~K`'  
 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。 'V } -0  
q,kdr)-  
i.6c;KU  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 8)'OXR0/  
X8y&|uH  
5. 有间隔SLM的光学功能 1@;Dn'  
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。 Qp]V~s(  
Me2%X>;  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd '\=aSZVO  
S0du,A~  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 =5',obYN>c  
Jro)  
x7>' 1  
6. 减少计算工作量 3hGYNlQ^  
<Zn]L:  
采样要求： t#=W'HyW8  
 至少1个点的间隔(每边)。 i=nd][1n  
 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。 _-$(=`8|<{  
<D%.'=%pZ  
采样要求： 4ba[*R2  
 同样，至少1个点的间隔。
Y2W|b5  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 MA6(VII
 
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 3c}@_Yn  
}&F|u0@b  
 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。 fX2sjfk  
 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。 xG/B$DLn  
 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)。 +
<a-;e{  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 pE,2pT2>  
kc-=5l  
.J"QW~g^  
|6v $!wBi  
F2QFQX(j  
7. 指定区域填充因子的仿真 l|9'M'a  
<A^sg?s<'  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 %|AebxB'o  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 @IhC:Yc  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 #oW"3L{,  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 -Aaim`06bv  
<hvs{}TS  
vJ9I z  
8. 总结 1o`zAJ8|2  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 rP|~d}+I  
ti'B}bH>'  
第1步 +fS<YT  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 z?dd5.k  
GZH{"_$  
第2步 hz:h>Hwy  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 g&z8t;@  
扩展阅读 V^Y'!w\LGI  
扩展阅读 }C4wED.  
 开始视频 U}@xMt8@l  
-    光路图介绍 J?{@pA  
 该应用示例相关文件： iR?}^|]  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 2Pow-o*r  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ~(nc<M[