[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) i(iP}:3  
ld}$Tsy0  
应用示例简述 p30&JJ!~"  
,GU/l)os`  
1. 系统细节 oK:P@V6!  
 光源  r;X0B  
— 高斯光束 _C,@eu"9V  
 组件 @[lc0_b  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 .r5oN+?e  
 探测器 /&as)  
— 视觉感知的仿真 n o+tVm|  
— 电磁场分布 /8t+d.r;/  
 建模/设计 WAXts]=  
— 场追迹： 3;S`
<  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 / &D$kxz  
hdJwNmEA>  
2. 系统说明 DE\bYxJ  
q,+kPhHEgy  
~!:Sp_y  
3. 模拟 & 设计结果 ~uR6z//%  
]_: TrH  
4. 总结 f H|QAMfOu  
&_/%2qs  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 2, "q_d'V  
J7wQ=!g  
第1步 @PoFxv  
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。 0
$L0fhw.  
F:o#  
第2步 tWSvxGCzn%  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 j-`X_8W  
=ch Af=  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 o;4e)tK  
1m<?Q&|m$  
应用示例详细内容 \btR^;_\A  
,mjfZ*N  
系统参数 "R2t&X[9  
q X%vRf0  
1. 该应用实例的内容 jXY;V3l  
C7 ]DJn  
f UF;SqT  
2. 设计&仿真任务 fHe0
W  
u@Cf*VPK  
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。 ]r6BLZ[%  
^/C$L8#  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 3_\{[_W  
Awa|rIM  
:\+{;;a@  
4. 参数：SLM像素阵列 /}nrF4S  
r!.+XrYg  
h-La'}>?  
5. 参数：SLM像素阵列 fEj9R@u+h  
_[TH@fO6:  
OJ35En  
应用示例详细内容 sArje(5Eo  
C'-zh\a  
仿真&结果 ?{"XrQw
  
XatA8(_,5  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM )pjjW"C+  
 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)。 ,ykPQzO  
 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。 `&u<aLA  
,l$NJt  
2. VirtualLab的SLM模块 lk[G;=K:.  

3'[Rvy{  
% QPWw~}:  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 -v;n"Zy1  
 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。 a1g6}ym\  
}{&ln  
3. SLM的光学功能 llHc=&y#  
S9HBr  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 iY ^{wi~?  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 G{NSAaD[  
 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。 %XJQ0CE<(  
!Tn0M;  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd *?_qE  
ptV4s=G2  
 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。 6kt]`H`cfJ  
&GdL 9!hH  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 1mJbQ#5  
mb0n}I_AC  
4. 对比：光栅的光学功能 4? m/*VV  
 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。 wv, GBZ-f  
 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。 [8F \;  
 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)。 C9<4~IM w  
 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。 W\it+/  
 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。 2#z=zd  
ta&Q4v&-  
l60ikc4$I  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ==]Z \jk  
'FShNY5  
5. 有间隔SLM的光学功能 H<`^w)?  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 |}_gA  
YF}9k  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd O6yP qG*j  
[O^}rUqq  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 9v~1We;{$  
?VwK2w$&={  
hzaLx8L  
6. 减少计算工作量 UhsO\9}qH  
z*6$&sS\>  
采样要求： xME(B@j  
 至少1个点的间隔(每边)。 |vv
]Z(_  
 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。 eh$G.-2N  
<u0*"  
采样要求： K<c2P
Fo)Q  
 同样，至少1个点的间隔。 7egq4gN]2Y  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 D899gGe  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 z4CJn[m9  
r+o_t2_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。 z~F37]W3[  
 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。 _zdNLwE[  
 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)。 dIma
{uv  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 s~L`53A
 
ZQ|5W6c  
a;%I\w;2  
;:P7}v fz!  
C?,*U  
7. 指定区域填充因子的仿真 cI5N"U@yN  
^D>fis  
 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。 d$}&nV/A)  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 4bnt=5]  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 U<Vy>gIC  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 }@wVW))6$  
h{I`7X  
mxgqS
=`  
8. 总结 G(3;;F7"  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 22z1g(;@  
:WVSJ,. !  
第1步 IAYACmlN&  
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。 (i\)|c/a7  
w^3|(
F  
第2步 hqL+_|DW  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 avg4K*
vv  
扩展阅读 \Dfm(R  
扩展阅读 DY8(g=TI|1  
 开始视频 ^+wk  
-    光路图介绍 "e@n:N!  
 该应用示例相关文件： teAukE=}  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 mg`j[<wp  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 z?4=h Sy