[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) l9KLP  
~qt)r_jW  
应用示例简述 I=o[\?u*_  
Z>gxECi  
1. 系统细节 +KgoLa  
 光源 7[h_"@_A7  
— 高斯光束 T6m#sVq  
 组件
KY34Sc  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 XI:8_F;Q  
 探测器 2_M+akqy^  
— 视觉感知的仿真 HM57b>
6  
— 电磁场分布 :f%FM&b  
 建模/设计 wgfA\7Z  
— 场追迹： 5v <>%=  
 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。 ZycV?ob8}  
xFxl9oM."  
2. 系统说明 28FC@&'H  
VeiJ1=hc  
mkgGX|k;  
3. 模拟 & 设计结果 gw~%jD-2  
)OQhtxK  
4. 总结 ALvj)I`Al  
,K9\;{C  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 KilgeN
:  
QK _1!t3  
第1步 L[l?}\  
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。 L#sw@UCK  
7pMl:\  
第2步 r@N 0%JZZ  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 {Hncm  
0
6DT2  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Y<|!)JLB2  
=B4,H=7Spf  
应用示例详细内容 !`5[(lm  
lOIBX@K E  
系统参数 <!b~7sZkTc  
+Qy*s1fit  
1. 该应用实例的内容 ",/3P
T  
5`qt82Qm  
dmh6o
 *  
2. 设计&仿真任务 ' >(])Oq,  

GT\, @$r  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 RC
7|@a  
0dS}pd">k  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 9$,x^Qx  
7sP;+G  
LhM{LUi  
4. 参数：SLM像素阵列 v|5:;,I  
/ hUuQDJ  
f[,9WkC  
5. 参数：SLM像素阵列  2|'v[  
!iKR~&UpAL  
JQ{g'cT  
应用示例详细内容 Y.I-hl1<r  
6o@}k9AN  
仿真&结果 whb|

N2  
6OYXcPW'  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ,#3}TDC  
 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)。 %bI(  
 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。 '\%c"?  
@$FE}j_  
2. VirtualLab的SLM模块 (IXiwu  

qW]gp7jK4  
n^|;J*rD  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 t~pA2?9@  
 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。 +EJwWDJ!%  
<>aBmJs4  
3. SLM的光学功能 Z09FW>"u  
?wE@9g A  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 /CpUq;^  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 "8K>Yu17  
 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。 :V2"<]  
?]%JQ]Gf*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd .0]4@'  
Hj ]$  
 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。 ps0wN%tA  
_3$@s{k-TI  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 8+vZ9!7  
yu"Ii-9z  
4. 对比：光栅的光学功能 lhg3 }dW  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 tB.;T0n  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 1@IRx{v$  
 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)。 }aYm86C]  
 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。 R`=3lY;  
 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。 K%LDOVE8e  
HE&,?vioy  
 {ZFa +  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd >Bp%~8f  
L/(e/Jalg  
5. 有间隔SLM的光学功能 ];Whvdnv  
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。 A9PXu\%y  
PK1j$&F  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd m%V+px  
5A1oZ+C#  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 O$x-&pW`g  
iHjo3_g)n  

Pg[zRRf<  
6. 减少计算工作量 hTI8hh  
~WuElns  
采样要求：
kF'^!Hp  
 至少1个点的间隔(每边)。 OXDlwbwL  
 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。 ,4j$kR  
K-wjQ|*1  
采样要求： ~J2-B2S!  
 同样，至少1个点的间隔。 Z_' %'&Y  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 $m/-E#I#Z  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 X[k-J\  
YN] w_=  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 h7Jo_L7  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 Ary$,3X2  
 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)。 'R_U,9y`  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 AX**q$'R  
d_J?i]AP|'  
cNC\w%  
!|_ CXm T|  
wI>JOV7  
7. 指定区域填充因子的仿真 XBhWj\`(T  
&ukNzV}VW  
 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。 ZJ"*A+IJx[  
 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。 V.WfP*~NJ  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 p@i U}SUaE  
 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)。 \$;\,p p  
jbIWdHZ/US  
+lJuF/sS8m  
8. 总结 ZC"6B(d  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Qm`f5
-d  
};9dd3X  
第1步 '5
ky<  
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。 6(9Ta'ywZ  
^S ,E"Q  
第2步 SNvK8,"g  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 t{~"vD9Am  
扩展阅读 !P@u4FCs  
扩展阅读 "EEE09~l\  
 开始视频 V EY!0PIj  
-    光路图介绍 5[l3]
HOO  
 该应用示例相关文件： #*S/Sh?Q  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计  (i*1M  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 c
cD+o$7LT