[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) B_k[N}|zD  
8"a[W3b  
应用示例简述 3N)
bJ  
0ih=<@1K  
1. 系统细节 _RFTm.9&  
 光源 RNyw`>  
— 高斯光束 O)'Bx=S4Ke  
 组件 3wEVjT-  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 <Gy)|qpK[  
 探测器 npH2&6Yhi^  
— 视觉感知的仿真 oEE*H2l\  
— 电磁场分布 "8U
d&o  
 建模/设计 R4<}kA,.  
— 场追迹： r^?Qo  
 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。 '3f"#fF6  
i
/nA(%_  
2. 系统说明 6xs_@Vk|d  
pJ6Z/
3]  
m<>3GF,5bP  
3. 模拟 & 设计结果 ZB'/DO=i  
R=IZFwr  
4. 总结 ~+{OSx<S  
_5vAnt*  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ^D(N_va<  
.kSx>3  
第1步 igp[cFN  
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。 QvK-3w;=  
%aU4d e^  
第2步 ">}l8MA  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 (gQ^jmZPG  
Kb~s'cTxIO  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 )+c4n]  
hL#5:~(  
应用示例详细内容 >A#wvQl7   
9 veq  
系统参数 gaaW:**y  
Kc+;"4/#q  
1. 该应用实例的内容 hPhNDmL#3  
3jIi$X06  
#pbPaRJL(  
2. 设计&仿真任务 g&y'#,'Q~,  
\}Jy=[  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 kAbRXID  
<N11$t&_  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 8BC F.y  
Yxye?R-:  
2]n"7Z8(v8  
4. 参数：SLM像素阵列 )A9K
9pZj  
[?mDTD8zU  
$d M: 5y  
5. 参数：SLM像素阵列 9"g=it2Rh6  
HDUtLUd  
s7IaU|m  
应用示例详细内容 "ZDc$v:Qa  
L;=:OX0  
仿真&结果 TIbqUR  
RKsr}-18  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 4]jN@@  
 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)。 {x
e$  
 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。 l/,O9ur-  
D;.O#bS  
2. VirtualLab的SLM模块 \xi wp.  

T_bk%  
sZ #Ck"n  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 S+>1yvr),  
 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。 R{.5Z/Vp6E  
#/zPAcV:  
3. SLM的光学功能 Ml)~%ZbF  
OI"vC1.5  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 <:)T7yVq  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 a<l(zJptG  
 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。 $e#p -z  
R4G$!6Ld  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd
[$)C(1zY  
fyIL/7hzf4  
 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。 (#FWA<o  
}I;A\K]  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd lj$\2B  
i,NU%be  
4. 对比：光栅的光学功能 1UX"iOx(  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 y#
8| @?  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 09<O b[%h  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 (KR$PLxDK  
 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。 kD:O$8[J8  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 XYIZ^_My  
hko0 ?z  
Uj&2'>MJ$  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Z-;<R$  
hD!W&Er  
5. 有间隔SLM的光学功能 O1IR+"0  
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。 ?ihkV?;)  
8qL*Nf  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd zK
893)  
iLw O4i  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 2C^/;z  
7UvfXzDNC  
:U!knb"/>  
6. 减少计算工作量 mxsmW  
v'0A$`w`  
采样要求： l<qK' P4  
 至少1个点的间隔(每边)。
^Ts|/+}'i  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 "1>I/CM  
q y7
3  
采样要求： @G< J+pm  
 同样，至少1个点的间隔。 wjW>#DE  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 pUx~  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Lbk?( TL  
{vh}f+2  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 4d3]L` f  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 =4cK9ac  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 'EoJo9p6}  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 {_QXx  
R{GOlxKs C  
fCTdM+t  
LcS\#p#s]  
s*{l}~fPkW  
7. 指定区域填充因子的仿真 3jQy"9f  
ve[` 0  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 uu L
"o  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 >2tQ')%DJ  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 FWI<_KZO  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 1o\P7PLe  
>aXyi3B  
C o v,#j j  
8. 总结 *4#)or  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ?t++IEoP  
nN1\  
第1步 PjZsMHW%  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 JVbR5"+.  
/NfuR$oMd  
第2步 b
b}zn'xC  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 7/QQ&7+NkS  
扩展阅读 !_CBf#0  
扩展阅读 7l}P!xa&  
 开始视频 *YmR7g|k  
-    光路图介绍 "L^]a$&  
 该应用示例相关文件： 3T^f#UT  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ?g gl8bzA  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 U@21N3_@_