[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) ukwO%JAr  
;q&2$Mb  
应用示例简述 Gzkvj:(V  
"?r_A*U  
1. 系统细节 y41,T&ja  
 光源 X3Yi|dyn T  
— 高斯光束 }zyh!  
 组件 =kDh:&u%  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 @;`d\lQ  
 探测器 bD4aSubN  
— 视觉感知的仿真 CA]u3bf~  
— 电磁场分布 (K`@OwD  
 建模/设计 &[qJ=HMm I  
— 场追迹： ;Yu|LaI\<m  
 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。 D0VbD" y  
+Z1y1%a  
2. 系统说明 DM=`hyf(v  
SK t&BnW  
$9rQ w1#e  
3. 模拟 & 设计结果 &b9bb{y_$K  
|?<^
4U8  
4. 总结 9`T2  
|DkK7gw  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 
~fY\;  
,HECHA_"  
第1步 u`Abko<D  
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。 7QM1E(cMg  
1g>>{ y  
第2步 S:{`eDk\A_  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 DW>|'w%  
YES-,;ZQ'  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 6YF<GF{  
rq![a};~  
应用示例详细内容 5j>olz=n}  
V|j{#;  
系统参数
(,;4f7\  
gtRVXgI  
1. 该应用实例的内容 ykD-
L^}  
5nS}h76mZ  
!eA6Ejf  
2. 设计&仿真任务 M%v 6NxN  
bA02)?L  
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。 ;&`6b:ug  
^7iP!-w/  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Mt\.?V:  
C8AR^FW  
X3R:^ff\  
4. 参数：SLM像素阵列 }dpE>  
bEB9J- Q  
Xz\X 8I  
5. 参数：SLM像素阵列 Rgb&EnVW  
Ws;X;7tS  
@j'GcN vs  
应用示例详细内容 fR#W#n#m  
j5MUP&/g3  
仿真&结果 <|1Khygv  
|u_fVQj  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM EnP>  
 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)。 EqF>=5*  
 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。 K8{ef  
9=.7[-6i9  
2. VirtualLab的SLM模块 =?[:Nj636  

i0'g$  
;"JgNad  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 C=8IQl[^e  
 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。  [ @9a  
u]sxX")
 
3. SLM的光学功能 vf?Xt  
/>2zKF?  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Xh@;4n  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 9;fs'R  
 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。 3*#$:waGd  
g4&f2D5  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 1^tM%2rP'  
<$Djags,F  
 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。 d"OYq
 
'tJxADK  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd *r|Zbxf(  
?G 'sb}.  
4. 对比：光栅的光学功能 T$1(6<:+.  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 )0zg1z  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 cp2a @  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 g1I8_!}~  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 ta0;:o?/d  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 d#|%h] 6  
JfRqOEP4Y  
dpcU`$kt  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd RmJ|g<  
Uj^Y\w-@Z  
5. 有间隔SLM的光学功能 7ea%mg\  
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。 #6mr'e1  
&"DD&87N%  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd NL&![;  
11RqP:zg  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 pER[^LH_)  
`a5,5}7v%`  
oF_ '<\ly=  
6. 减少计算工作量 =yZ6$ hK  
{EJ+   
采样要求： B$MHn?  
 至少1个点的间隔(每边)。 'j;i4ie>*x  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 `2`h4[^ [X  
7>f)pfLM  
采样要求： ,qj M1xkL$  
 同样，至少1个点的间隔。 F]cc?r312  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 {7.uwIW.1  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 #>2cfZ`6'J  
rges`&0  
 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。 BirnCfj/2  
 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。 s8SCEpz  
 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)。 Y4N)yMSl"  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ]F #0
to  
\6!s";=hQ  
AmK g;9LS  
#J~xKyJi'  
f!G%$?]  
7. 指定区域填充因子的仿真 vy5I#q(k  
Yu:($//w  
 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。 M $zt;7P|  
 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。 jF-0fK;)*  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Hk?E0.  
 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)。 A_+*b [P  
TIxlLOs
 
%>t4ib_8  
8. 总结 `+(4t4@ew  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4MRN{W6  
=Ds&ArG  
第1步 Ryn@">sVI  
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。 k[\JT[M
p  
:<uCi\9(  
第2步 Qm4cuV-0{  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Kr%`L/%  
扩展阅读 ]0g1P-&,U  
扩展阅读 Vu,:rPqI  
 开始视频 eNrwkV^  
-    光路图介绍 Tvw(Sq};  
 该应用示例相关文件： *oAnG:J+M  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 }3R
:7N`,|  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 l#a*w