[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) WY" `wM  
nn6&`$(Q~  
应用示例简述 I]Jz[{~1  
44(l1xEN+  
1. 系统细节 ':
_1z5  
 光源 ayoqitXD?  
— 高斯光束 5$L=l  
 组件 /l$>W<}@  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 tJ!s/|u(  
 探测器 p1(<F_Kta  
— 视觉感知的仿真 fr([g?F%D  
— 电磁场分布 mA>u6Rlc  
 建模/设计
e`Vb.E)  
— 场追迹： ![4<6/2gy  
 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。 WEFvJ0]  
$oU40HA)W]  
2. 系统说明 eNw9"X}g  
dUL3UY3  
Fb9!x/$tGV  
3. 模拟 & 设计结果 l|p \8=  
*T{P^q.s~[  
4. 总结 WaYT7 :  
yUzpl[*e^o  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 maR5hgWCHe  
_0(Bx?[h  
第1步 E;Sb e9]   
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。 ts3BmfR?  
}hd:avze  
第2步 p?,:  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 YFY$iN~B,  
]K(>r#'nH  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ^+20e3 ~Y  
?XNQ_m8f  
应用示例详细内容 K}p!W"!o  
vPA {)l\K  
系统参数 WYklS<B[  
1"5-doo  
1. 该应用实例的内容 ">^O{X\  
4#^?-6  
lYq4f|5H}m  
2. 设计&仿真任务 Z U^dLN-N  
<i(<|/$  
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。 io{uN/!X_J  
b;XUv4~V  
3. 参数：输入近乎平行的激光束
 8DsXw@o  
D-<9kBZs  
rG*Zp7{  
4. 参数：SLM像素阵列 U,wJ8  
ZH<:YOQ  
E1uyMh-dy  
5. 参数：SLM像素阵列 ;P#c!  
05cyWg9a  
J<4egk4  
应用示例详细内容 QXcSDJ  
#gL$~.1  
仿真&结果 &>m# "A\^  
|*+f N8  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Mr3;B+S  
 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)。 =
UT^5cl(  
 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。 D< h+r?  
(!@ Q\P  
2. VirtualLab的SLM模块 (79y!&9p  

1k *gbXb  
1dy>a=W  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ?Q]{P]  
 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。 6:v$g  
9svnB@  
3. SLM的光学功能 H8g1SMT  
(\UA+3$4  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 m6 )sX&  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 A@kp`-  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 eKq`t.*Ft  
F(w  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 8RfFP\AP  
T7!"gJ  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 f;u<r?>
Z  
.
1[[Y}  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ,(6U3W*bu  
IU8/B+hM~  
4. 对比：光栅的光学功能 "AzA|zk')"  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 oP$l(k  
 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。 oTPPYi[r  
 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)。 I}#_Jt3R  
 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。 pa6.Tp>  
 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。 5jTBPct   
LvsNU0x  
}CiB+  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd !8Rsz:7^-  
{p{TG5rwX  
5. 有间隔SLM的光学功能 |-W7n'n  
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。 c3X'Sv  
<F=U(WWn9  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd x
>?jfN,e  
y7;i4::A\  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 H>x(c|ZBp  
bvf}r ,`Q7  
cBl F  
6. 减少计算工作量 PfaBzi9?f  
SxHj3,`#C  
采样要求： 'Y ZYRFWXM  
 至少1个点的间隔(每边)。 8Rgvb3u  
 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。 P,2FH2Eyj  
5ayM}u%\~  
采样要求： 7>Af"1$g  
 同样，至少1个点的间隔。 1<y|,  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 4xg7oo0iJ  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 { *"I4  
Hl,.6>F?  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 z$VA]tI(  
 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。 VOkEDH  
 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)。 jm_b3!J  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 TTS.wBpR,  
Oie0cz:>:  
,X[lC\1a  
QJL%J  
03WLVP@  
7. 指定区域填充因子的仿真 {9tKq--@E9  
HC4vet  
 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。 y<Hka'(%  
 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。 @l7~Zn  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 4,8=0[eRG  
 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)。 r[ UZHX5+S  
(vq0Gl  
e/pZLj]M  
8. 总结 He#5d!cf:M  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 V &K:~[M  
OJ (ho&((  
第1步 jE /pba4R  
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。 u!=9.3
 
Hm>M}MF3  
第2步 or?@Ti;  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ~i)m(65:  
扩展阅读 .eg?FB'7  
扩展阅读 ~ .}  
 开始视频 OF$0]V  
-    光路图介绍 5pF4{Jd1  
 该应用示例相关文件： tE i-0J  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 9~bl  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 0y>]68D