[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) Q3 yW#eD  
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Y2v  
应用示例简述 l G $s(
 
=k:yBswi  
1. 系统细节 aW(Hn[}^  
 光源 #GOL%2X  
— 高斯光束 Fm4)|5  
 组件 i?B(I4a!G  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 zaG1  
 探测器 1XJLGMW,  
— 视觉感知的仿真 DgODTxiX  
— 电磁场分布 I6rB_~]h  
 建模/设计 WFG`-8_e[I  
— 场追迹： _7b' i6-  
 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。 tWaM+W  
Xsd+5="{N  
2. 系统说明 bL0>ul"  
+AYB0`X)  
k%%0"+y#a  
3. 模拟 & 设计结果 H&!?c5  
IM=3n%6  
4. 总结 &%r<_1  
"g:1br?X,9  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ?<STl-
]&  
|H
,-V;  
第1步 R?iC"s!  
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。 8C8,Q\WV(~  
&9F(C
R  
第2步 GGez!?E%  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 maOt/-  
)6*)u/x:  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 1h#e-Oyff  
a~&euT2  
应用示例详细内容 !![HR6"Q  
`&URd&ouJD  
系统参数 v4vIcHDs  
qu%}b
>  
1. 该应用实例的内容  B6.9hf  
og`K!d~  
HwZ"l31  
2. 设计&仿真任务 NM+(ss'  
JVR,Py:%G  
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。 V,&A? Y  
q!AcMd\  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 +d=w%r)  
2Z+:^5  
jJyS^*.X  
4. 参数：SLM像素阵列 %<{1N|  
0+Z?9$a1  
N"A`tc5&  
5. 参数：SLM像素阵列 \S0QZQbz/  
xjh(;S'  
Kp>fOe'KW  
应用示例详细内容 C_;A~iI7
 
47!k!cHa  
仿真&结果 Ru@ { b`  
"2Q*-  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM J*4T|#0  
 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)。 0DX)%s,KO  
 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。 YnlZyw!  
n;e.N:p  
2. VirtualLab的SLM模块 cYz|Ux  

5Kl;(0B9  
"f:_(np,  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 6e%ZNw{#=  
 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。 ,j(S'Pw  
J+m1d\lBu  
3. SLM的光学功能 &]O^d4/  
f&!{o=  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 oAgU rl;R  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 _2X6c,  
 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。 E|y   
}aL&3[>>  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd AI]lG]q8  
rPK1#  
 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。 ~p x2kHZ  
W1ql[DqE{  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd O?0`QMY  
c~u91h?  
4. 对比：光栅的光学功能 d "25e"(~F  
 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。 k,61Va  
 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。 465?,EpS  
 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)。 X'p%K/-m  
 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。 lJt?0;gn  
 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。 yM*_"z!L  
*BKIA  
(Q"~bP{F  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd O@a7MzJ  
f1|&umJ$  
5. 有间隔SLM的光学功能 7n7UL0O
c1  
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。 i93^E~q]  
EZ[e a<  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ''}2JJU{  
,8o Y(h  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 !-4VGt&c,  
o,'Fz?[T%  
|a=7P  
6. 减少计算工作量 ;0-R"c)-  
u5tUm  
采样要求： R]0tG   
 至少1个点的间隔(每边)。 PV-B<Y  
 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。 Esf\Bo
"  
n&8SB'-r  
采样要求： f1 `E-  
 同样，至少1个点的间隔。 nZ[`Yrq)0  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 AE=E"l1]  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 [`'K.-?#  
VyWzb  
 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。 KgXu x-q  
 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。 aVp-Ps|r  
 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)。 t(UdV  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 { T?1v*.[  
lS?#(}a1)  
[0lO0ik>G  
0P;\ :-&p  
($t;Xab  
7. 指定区域填充因子的仿真 w{ Pl  
mp8Zb&Ggb  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 KxDfPd+j[  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 #
lF 2qw  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 !*
o{xq   
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 !J[!i"e  
,,G'Zur7  
Dlz1"|SF  
8. 总结 %$=2tfR  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ~'N+O K  

.>p.k*vU  
第1步 oG c9 6B%  
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。 eQ<GNvm  
luJNdA:t&  
第2步 G-'CjiMu  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 l0eh}d  
扩展阅读 2yVQqwQm  
扩展阅读 `:Zgq+j&  
 开始视频 m,&2s-v  
-    光路图介绍 h$p}/A  
 该应用示例相关文件： %2'Y@AX`  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Aa^w{D  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 *vT Abk$