[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) /f -\ 3  
+K[H!fD  
应用示例简述 b=Y3O  
DKqO5e\l8@  
1. 系统细节 xsXf_gGu  
 光源 oOK&+r7  
— 高斯光束 {NV=k%MTmi  
 组件 wGnFDkCNz  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 j es[a  
 探测器 lF!Iu.MM 9  
— 视觉感知的仿真 M \3Zj(E/  
— 电磁场分布 AN-;*n<'  
 建模/设计 h`/1JjP  
— 场追迹： +jX.::UPm  
 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。 ;923^*\:F{  
,]-A
~^|  
2. 系统说明 Hsz).u  
A+F@JpV  
KmRxbf  
3. 模拟 & 设计结果 OA
tn.LU  
X7& ^"|:  
4. 总结 _M7NL^B&  
5*7 \Yjk?  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <3c|S_|L*m  
%q 7gl;'  
第1步 "WHt9 yZ  
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。 w.\#!@kZ!  
~gvw6e*[  
第2步 {H%1sI  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 &c
1zEgl  
;?0r,0l2$  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 }
F4   
B>W!RyH8o  
应用示例详细内容 E`>u*D$un~  
4EDwZR>./  
系统参数 . 'rC'FT  
Gfn?1Kt{  
1. 该应用实例的内容 4I^8f||b_  
A&6qt  
Vtr5<:eEx  
2. 设计&仿真任务 }H<87zH  
_-/<bO  
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。 rfS kQT  
!o&b:7  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 F[5\ x0  
1 ojy_  
APBe76'3)  
4. 参数：SLM像素阵列 CERT`W%o  
:=K <2
 
11>K\"K}  
5. 参数：SLM像素阵列 h\i>4^]X.  
!%4&O  
Td6"o&0A!  
应用示例详细内容 G(1y_t  
THbV],RhJ  
仿真&结果 -<tfbaA  
Ki:.^  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM NYcF]K}[  
 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)。 Fb{kql=  
 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=_Wgz,d  
=^LX,!2zp{  
2. VirtualLab的SLM模块 S
*-/#j  

`upxM0gc  
e2PM^1{_  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 _7LZ\V+MLW  
 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。 [10;Mg  
%>G(2)Fb\\  
3. SLM的光学功能 JxM[LvVi  
gP?uLnzvi  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 !:^lTvYWZH  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 zU)Ib<$  
 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。 Ce0YO~I  
otgU6S7F  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd CUR70[pB)  
PHh&@:  
 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。 "2'pS<|  
!w9w{dtW=  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd (;@\gRL  
xiW;Y{kZ  
4. 对比：光栅的光学功能 aA-gl9  
 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。 Cg!]x o  
 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。 /{9"O y7E  
 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!
JVGs  
 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。 f2"
1^M  
 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。 5/)
,HGxi  
#,KjJ  
jo_wBJKE  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd *=X$j~#X  
(haYY]W\  
5. 有间隔SLM的光学功能 RvPC7,vh  
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。 nd[{DF?)/  
EhOy<f[4W  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd dlx"L%  
4/Yk;X[jk  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 LPNJuz  
2/
c^3[ccR  
%;r0,lN|II  
6. 减少计算工作量 1eZ759PoO  
pUz;e#J|  
采样要求： H^c8r^#
 
 至少1个点的间隔(每边)。 q)ns ui(  
 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。 D# "ppa}  
B7fV_-p:G  
采样要求： A80r@)i  
 同样，至少1个点的间隔。 5IPZ;
  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。  Nx8~Rn  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 X7*i-v@  
R4V~+tnbG&  
 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。 4[ 7)$  
 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。 "0(H! }D  
 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)。 %`cP|k  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 csPziH$wl  
H40~i=.  
B
P6|^Q  
#]iSh(|8  
'V=i;2mB*  
7. 指定区域填充因子的仿真 2k}" 52  
|Mj2lZS  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 <R TAO2  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 3Vu_-.ID  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 BJ0P1vh6M  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 KZ"&c~[  
<Oi65O_X  
8+>r!)Q+  
8. 总结 F.s*^}L[  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 o~vUqj?BA  
c==5cMUg  
第1步 V6:S<A  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 Y~P1r]piB  
w&vZ$n-|  
第2步 wN|;_~h2  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <Be:fnPX7  
扩展阅读 o1m+4.-  
扩展阅读 R|jt mI?  
 开始视频 [O"9OW'2!B  
-    光路图介绍 "G^Z>Z-`  
 该应用示例相关文件： &DX&*Xq2  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 (Q_J{[F  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 H+ P&} 3