[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) .|$:%"O&X  
a ~  
应用示例简述 )$EmKOTt:  
FfeX;pi  
1. 系统细节 bcM65pt_C  
 光源 bD2):U*Fzo  
— 高斯光束 /nPNHO>U  
 组件 N7Kg52|  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 MNuBZnO  
 探测器 V(lxkEu/Fj  
— 视觉感知的仿真 $Ph T:  
— 电磁场分布 =3~5I&  
 建模/设计 +#;t.&\80N  
— 场追迹： =,MX%-2  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 W"{:|'/v  
n]3Lqe;  
2. 系统说明 `>HM<Nn-0  
[Sj _=  
}s@ i  
3. 模拟 & 设计结果 **,(>4j  
8I>'xf  
4. 总结 rtjUHhF  
q0m>NA   
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 S9 p*rk~  
R!+_mPb=Q*  
第1步 /h]#}y j  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 pW7#&@AR  
jqzG=/0~{  
第2步 &.v|yG]&  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 sahXPl%;U  
lH%%iYBM  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Ii.?| u  
Il4R R  
应用示例详细内容 za,JCI  
ov 'g'1}  
系统参数 VYo2m  
(r
9W[  
1. 该应用实例的内容 .UGbo.e  
^~7/hm:  
rOo|.4w  
2. 设计&仿真任务 (nDen5Q|  
FJ+n- \  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 WSsX*L  
V[#$Sz[G  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 _SQQS67fu"  
_O$7*k  
w(N$$  
4. 参数：SLM像素阵列 Zk+c9,q  
|?gO@?KD
Z  
xf7_|l  
5. 参数：SLM像素阵列 9
Qb6ek  
PK&\pkX  
KsDovy<  
应用示例详细内容 4/N{~  
PKg>|]Rf.  
仿真&结果 v.!e1ke8D*  
yEPkF0?  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM =K;M\_k%y  
 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)。 <hBd #J  
 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。 >4G~01  
gWGh:.
*T  
2. VirtualLab的SLM模块 F@ld#O  

B1k;!@@14  
h|{DIG3  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 2uzy]faM  
 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。 :>*0./hG  
c>b{/92%  
3. SLM的光学功能 9YvK<i&I  
@=6*]:p2.  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 DEQ7u`6  
 为此，将区域填充因子设置为60%。  V$fn$=  
 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。 9#:B_?e=  
^US
ol/  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 1a tQ9  
r:U/a=V  
 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。 ~[Z,:=z  
DR(/|?k+  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd a^7HI,  
oqa8v6yG'  
4. 对比：光栅的光学功能 q^eLbivVE  
 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。 A(D3wctdr  
 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。 :I(d-,C  
 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)。 ho%G  
 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。 VJSkQ\KD  
 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。 zI$'D|A  
I\<)9`O  
FyWrb+_0v  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd TlCGP)VSj  
|lMc6C  
5. 有间隔SLM的光学功能 E[Bj+mX9  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 V$g!#V  
^IqD^(Kb  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd $QnsP#ePN  
<N8z<o4rku  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 jk{m8YP)E  

9R99,um$  
9cQ;h37J>  
6. 减少计算工作量 Ge ?Q)N  
l9z{pZ\KM  
采样要求： U"535<mR  
 至少1个点的间隔(每边)。 'xu!t'l&  
 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。 Huc|HL#C  
jJV1 /]TJ  
采样要求： d0 mfqP=  
 同样，至少1个点的间隔。 tR<L9h  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 e3WEsD+  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 nq:'jdY5|  
XBm ^7'  
 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。 XB<Q A>dLh  
 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。 TU^s!Tj  
 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)。 KidbcZ  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ]\F}-I[  
W?gelu]  
0,wmEV!)  
7!JBF{,=  
co*XW  
7. 指定区域填充因子的仿真 ?
:3rVfO  
i2!0bY  
 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。 EMf"rGXu(  
 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。 n9Ktn}  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 d5'4RYfkQ  
 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)。 %$F_oO7"  
pg3h>)$/  
mW1T4rR
'  
8. 总结 6SEq 2  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 wRJ`RKJ-T  
0}
q*s!  
第1步 %t%D|cf  
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。 toel!+  
~8EzK_c  
第2步 T^S$|d  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 6*s:I&  
扩展阅读 vAzSpiv-  
扩展阅读 ^4=%~Yx  
 开始视频 iZ9ed]mf  
-    光路图介绍 2Zr,@LC  
 该应用示例相关文件： Rw|P$dbu  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Is>~P*2Y=  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 R0T{9,;[`