[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) _las;S'oa  
Mxl]"?z  
应用示例简述 cBXWfv4  
a`!@+6yC  
1. 系统细节 ;+/o?:AH  
 光源 />44]A<  
— 高斯光束 k~.&j"K  
 组件 "@/6

2b  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 oD.r`]k  
 探测器 Qdf=XG5  
— 视觉感知的仿真 t:)ERT")  
— 电磁场分布 'hqBo|  
 建模/设计 y*23$fj(  
— 场追迹： eE@&ze>X  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 `5~3G2T  
y3G `>  
2. 系统说明 Qk1xUE  
!?!C'-ps  
SF*n1V3hx  
3. 模拟 & 设计结果 ,9D+brm  
=]C]=  
4. 总结 ,Lr<)p  
04U")-\O  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 }"^'%C8EX  
>>{FzR  
第1步 Ch \
&GzQ  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 |r%D\EB  
36.N>G,  
第2步 Z\}K{#   
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 :'iYxhM.V  
'T<iHV&  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Q'O[R+YT ,  
QPtGdd  
应用示例详细内容 sarq`%zrk  
%zk$}}ti.  
系统参数 !> }.~[M  
r.ZF_^y}+  
1. 该应用实例的内容 0tg8~H3yy  
&0zT I?c  
jz58E}  
2. 设计&仿真任务  Q6'x\  
03E4cYxt5  
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。 9d[5{"2j  
YuZ"s55zU{  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 _j?e~w&0b  
1K,1X(0rL8  
A+J*e  
4. 参数：SLM像素阵列 UhA"nt0  
VA*
y|Q6  
+5VLw  
5. 参数：SLM像素阵列 xj5;: g
#!  
?;/^Ya1;Z  
LI2&&Mw  
应用示例详细内容 '52~$z#m  
]$b[`g&  
仿真&结果 g<{xC_J  
Wjhvxk  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ./Q,  
 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)。 PxH72hBS  
 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。 iu&wO<)+?  
EF3Cdu{]P  
2. VirtualLab的SLM模块 ;4N;D  

!*6CWV0  
7qTE('zt  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 EdZ\1'&/9  
 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。 g~(E>6Y  
F1L:,.e`  
3. SLM的光学功能 ^&y$Wd]6  
34\(7JO  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 }!IL]0q  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 .{y uo{u  
 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。 pPd#N'\*  
5j~$Mj`  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd P#=`2a#G  
Yn8=  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 @v}/zS  
mZd , 9  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd /cU<hApK  
0}_[DAd6  
4. 对比：光栅的光学功能 5mb]Q)f9-  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 Z+@2"%W  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 M(/r%-D  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 ai0XL}!+  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 )7h$G-fe  
 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。 2RSt)3!},  
8By|@LO  
Ja9e^`i;  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd l\C.",CEcc  
6Fe34n]m  
5. 有间隔SLM的光学功能 pR~U`r5z  
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。 !"Oh36  
qgfi\/$6  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd eUg~)m5G  
i[ mEi|  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 G;YrF)\  
<>Hj ;q5p  
~
0M'7q'  
6. 减少计算工作量 ~c\e'&sc;  
MdW]MW{  
采样要求： 6Oy$gW)  
 至少1个点的间隔(每边)。 Mxv;k%l|E|  
 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。 AJ=qna  
@Z12CrJ  
采样要求： d@qsdYu-*  
 同样，至少1个点的间隔。 S_Wrw z  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 M]J^N#  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 `^)jLuyu  
_fKou2$yz  
 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。 4qk9NK2 U  
 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。 *6>.!&  
 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)。 mGK|i
hYu  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 K57&y
VX  
3U0`,c\ao*  
(=om,g}  
p9x(D/YP0  
a*&B`77`|  
7. 指定区域填充因子的仿真 z*!%g[3I  
r8xv#r1  
 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。 *+#8mA(  
 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。 Ck)*&  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 y]f"@9G#  
 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)。 9@Jtaq>jf  
C)`Fv=]R  
B&n<M]7  
8. 总结 i uF*.hc,%  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 C@'h<[v`1v  
l`f/4vy  
第1步 ;;#q
mGoE  
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。 )!P)U(*v  
lIW }EM  
第2步 AHXSt  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 T9Nb`sbV]  
扩展阅读 x$6^R q>2  
扩展阅读 PoxK{Y  
 开始视频 e?8HgiP-  
-    光路图介绍 4b98KsYg  
 该应用示例相关文件： 6">+ ~ G  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ;wz^gdh;  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Z$/xy"