[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) jkrx]`A{~  

s0LA^2U  
应用示例简述 YwT-T,oD  
`
QP ~  
1. 系统细节 )+Or  
 光源 9|:^k.  
— 高斯光束 FY;+PY@I{  
 组件 fJ80tt?r  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 GaNq2G  
 探测器 +S{  
— 视觉感知的仿真 f5dR 5G  
— 电磁场分布 =LH}YUmd  
 建模/设计 ddpl Pzm#  
— 场追迹： Ns~&sE:  
 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。 +/'<z  
KHj6Tg;)  
2. 系统说明 ML!
9:vz  
: 1)}Epo,  
j64 4V|z  
3. 模拟 & 设计结果 X}JWf<=q  
KjR4=9MD  
4. 总结 }N3`gCy9eN  
0'ZYO
.y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 m3 IP7h'  
=&NOHT>  
第1步 2)LX^?7R  
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。 bejGfc  
hH4o;0rqJ  
第2步 CI^|k
/  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 c;V D}UD'  
[ #]jC[  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 LDX
*<(  
O2#S: ~h  
应用示例详细内容 ~Yl$I,  
W8/(;K`/  
系统参数 APHPN:v  
<?|6*2_=  
1. 该应用实例的内容 %-^}45](q  
p?Sl}A@`  
0$Ff#8  
2. 设计&仿真任务 wu^q`!ml  
@InJ_
9E
 
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。 bXl8v  
PNmF}"  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 [ -12]3  
>(tO QeN  
xyV]?~7  
4. 参数：SLM像素阵列 {})y^L  
XtW_  
wznn #j  
5. 参数：SLM像素阵列 ,P{HE8.  
V4?Oc2mS  
)k%M.{&bji  
应用示例详细内容 Q&wYc{TUbm  
7|~:P$M  
仿真&结果 N9*UMVU  
%c0z)R~  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM {y/-:=S)A  
 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)。 @W)/\AZ3  
 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。 ~^7  
sX~45u \  
2. VirtualLab的SLM模块 QZ0R:TY  

K{FhT9R'  
kk
nhthJ  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 >nNl^ yqW  
 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。 ylim/`u}6  
`t9.xB#Z  
3. SLM的光学功能 {e6KJ@H6  
+/Z0  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 UC#"=Xd4  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 KDaN-r^{%
 
 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。
3se$,QmN  
~bFdJj 1*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ,Z4^'1{D  
r$?Vx_f`Q  
 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。 N4+g("  
*s36OF!  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd yjR)Z9t  
@:IL/o*  
4. 对比：光栅的光学功能 u!u5g.Q  
 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。 L B<UC?e  
 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。 @|]G0&gn&?  
 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)。 w?/f Zx  
 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。 $%;jk  
 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。 mCG;[4gM  
?GfxBZ
WJ  
8iOO1I?+  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd (6o:4|xl0  
}2mI*"%)\u  
5. 有间隔SLM的光学功能 t@r#b67WJe  
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。 Jbkt'Z(&J  
)ZeLaaP  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ac3_L$X[  
PMsC*U,oe  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 YjL t&D:IZ  
`+Xe'ey  
M.t@@wq  
6. 减少计算工作量 Bjtj{B  
h\2}875  
采样要求： q:Wq8  
 至少1个点的间隔(每边)。 "s> >V,  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 M-vC>u3Y  
<(Tiazg  
采样要求： G6<HO7\  
 同样，至少1个点的间隔。 ,Z?m`cx  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 2>ys2:z  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 HmFNE$k  
;i/"$K  
 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。 u9 %;{:]h  
 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。 +fkP+RVY  
 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)。 _J` |<}?t;  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 +fPNen4E  
y>%W;r)  
3L*+8a  
x}_rnf_  
>2nF"?"=  
7. 指定区域填充因子的仿真 :82?'aR  
\I:UC %  
 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。 /%-o.hT  
 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。 ;r%<2
(  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 x Ridc^  
 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)。 l<s :%%CX  
]}_p3W "Y9  
w<btv]X1  
8. 总结 LPb]mC6
#  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 RFhU#  
*m iONc  
第1步 +yt6.L  
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。 /j$$0F>s7  
pb~Ps#"Zg  
第2步 o.p+j  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 #)Ep(2  
扩展阅读 hT\p)w  
扩展阅读 ZDW,7b%U  
 开始视频 @wg&6uQ  
-    光路图介绍 GOUY_&}tL  
 该应用示例相关文件： [SKP|`I>I  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 o]dK^[/*  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 (MZ A