[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) K)DDk9*  
a@UZb  
应用示例简述 Pu*6"}#~  
\Ani}qQ%|  
1. 系统细节 dE4L=sTEsy  
 光源 q$B>|y U  
— 高斯光束 iA'lon  
 组件 rzm:Yx  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 YW( Qmo7  
 探测器 V`XNDNJ:  
— 视觉感知的仿真 %B5wH_p  
— 电磁场分布 P;qN(2L/=<  
 建模/设计 Vt".%d/`7  
— 场追迹： #AL=f'2=f  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 'kL#]  
,P70J
b  
2. 系统说明 ,0~n3G  
Wp!%-vzy&  
mUdOX7$c>  
3. 模拟 & 设计结果 0;AA/  
6i.-6></  
4. 总结 "NXB$
a!:  
Of[XKFn_  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 odjT:Vr  
]%wVHC  
第1步 `Nb[G)Xh  
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。 FtfKe"qw  

ebUBrxZX  
第2步 P(,p'I;j  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Vr^n1sgE}r  
$m].8?  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Q;43[1&3w  
GzI yP(U  
应用示例详细内容 hRrn$BdLX  
X.f>'0i  
系统参数 R3;Tk^5A  
ND>r#(_\  
1. 该应用实例的内容 xp}hev^@$  
_m gHJ0v'  
?fUlgQ}N  
2. 设计&仿真任务 <UV1!2nv*  
19Mu61  
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。 D6>2s\:>vp  
&]v4@%<J  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 $JJrSwR<h  
naYrpK,.  
jr /pj?  
4. 参数：SLM像素阵列 q_g+Jf P-D  
s;S?;(QI  
52 fA/sx  
5. 参数：SLM像素阵列 w$z}r  
UEM(@zD]  
7hlO#PYZ  
应用示例详细内容 A: 5x|  
j53*E )d  
仿真&结果 J'SZ  
Gb#Cm]  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ;#xmQi'`  
 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)。 ^;Y|3)vvB  
 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。 jkiFLtB@V  
% NA9{<I  
2. VirtualLab的SLM模块 P"y`A}Bx  

%C~1^9uq  
+*ZO&yJQ^<  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 @z4*.S&tz  
 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。 \ 3wfwu.q  
XQ9O$ ~q  
3. SLM的光学功能 4e~A1-  
\W1,F6&
j  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 DcoX+8 7  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 =j5
MFX.-o  
 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。 ein4^o<f.  
WN?O'E=2  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd  [F0s!,P  
"?ucO4d  
 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。 Ne8Cgp  
lef2X1w}!  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Ghx3EVqnx"  
4wa`<H&S5  
4. 对比：光栅的光学功能 iop2L51eJ  
 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。 J&[@}$N  
 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。 !MYSfPdS  
 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)。 *.sVr7=j  
 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。
A+SE91m  
 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。 'Jt]7;04p  
tZ=E')!\  
Gn|F`F  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd uD1e!oU  
QMa;Gy  
5. 有间隔SLM的光学功能 E*.{=W }C  
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。 r=5{o1"  
z.$4!$q  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd o<<xY<  
vwjPmOjhS  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 _LMM,!f  
)PG6gZYW  
u.d).da  
6. 减少计算工作量 2^mJ+v<  
]ndvt[4L  
采样要求： KM}f:_J*lg  
 至少1个点的间隔(每边)。 [`{Z}q&  
 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。 wfU7G[  
TD'L'm|2  
采样要求： T*#/^%HSG  
 同样，至少1个点的间隔。 q*\x0"mS/  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 U}6.h&$  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 *AoR==:ya  
qUjmB
sB  
 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。 +=q$x Ia
 
 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。 /tP|b_7O  
 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)。 ^* J2'X38I  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 &y3OR1_Sm*  
wF <n=  
#JgH}|&a$  
M)eO6oX|  
3a?o3=  
7. 指定区域填充因子的仿真 *+j*{>E  
$^OvhnL/  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 IhA5Wt0j  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 rs,2rSsg!  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 -R57@D>j\  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 :YXX8|>  
Gnfd;. (.  
:uWw8`  
8. 总结 [z9`)VIe  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 c0%"&a1]]V  
1u: gFUb  
第1步 nQ q=7Gu  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 V n*  
RRRCS]y7$t  
第2步 jUSmqm'  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <\NY<QIwFw  
扩展阅读 ?Cl%{2omO  
扩展阅读 &d"G/6  
 开始视频 .q9 $\wM/  
-    光路图介绍 9[G[$c  
 该应用示例相关文件： {$R' WXVs  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Qp/QaVQ+  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Z8rvWH9