[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) yi7-[W}  
UsYH#?|O  
应用示例简述 xGqe )M>8?  
''wWw(2O  
1. 系统细节 ?}B9=R$Pi  
 光源 A"C%.InZ  
— 高斯光束 v^[Ny0c
M  
 组件 -^;G^Uq6=  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 W?'!}g(~  
 探测器 FQ?H%UcW  
— 视觉感知的仿真 d<qbUk3;  
— 电磁场分布 i<1w*yu  
 建模/设计 \x x<\8Qr_  
— 场追迹： c?e
V8h1G  
 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。 ;oULtQ  
m5zP|s1`['  
2. 系统说明 mb?DnP,z  
:H\6wJ  
&.o}(e:]  
3. 模拟 & 设计结果 t_,iV9NrZ  
G+'MTC_  
4. 总结 w])bQ7)  
!hFb<  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 XT= #+  
4\2p8__  
第1步 oRy?Dx+H  
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。 _ZD)#?  
rem&F'x0V  
第2步 $}OU~d1q  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Q_6./.GQ  
Iu(T@",Q#  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 `U!eh1*b  
cPI #XPM=  
应用示例详细内容 @OFl^
U
0/  
<W/-[ M  
系统参数 g=b[V   
%nOBsl
n  
1. 该应用实例的内容 ?$;_a%v6  
,Xk8{=  
jfqWcX.X=  
2. 设计&仿真任务 %MbjKw  
2{XQDOyA  
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。 F.PD5%/$q  
k%:]PQjYT  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 YcRjbF,|6  
zi[bpa17W  
tI{ n!  
4. 参数：SLM像素阵列 A~nq4@uj  
V[+ Pb]  
L\_8}\  
5. 参数：SLM像素阵列 pR 1v^m|  
YV{^S6M  
@/anJrt  
应用示例详细内容 IOTHk+w  
fBD5K3  
仿真&结果 "@GopD  
gA2\c5F<  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM A+Y>1-=JO  
 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)。 v]U[7 j  
 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。 <LZvG IMl  
?)4|WN|c_  
2. VirtualLab的SLM模块 1xM&"p:  

$L:g7?)k  
g6QkF41nG  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 N1P[&lR  
 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。 &}:Hp9n  
xC<OF
pI
\  
3. SLM的光学功能 '9<Mk-Aj  
4(u+YW GX  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 =kZPd>&L  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 .__X[Mzth3  
 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。 1/gY]g
hL  
j*W]^uT,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd Rc?wIL)  
y7d)[d*Mz  
 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。 /o8`I m   
jh\q2E~,`  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 8EbYk2j  
,D ;`t   
4. 对比：光栅的光学功能 2lAuO!%  
 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。 Eto0>YyZ  
 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。 _Mq@58q'  
 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)。 2c8,H29  
 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。 e *;"$7o9  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 ^x4,}'(  
m'aw`?  
m>zUwGYEu  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd /,E%)K;  
(X>r_4W$  
5. 有间隔SLM的光学功能 oPzt1Y  
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。 ]#S1AvT  
@f*/V e0.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd kz,Nz09}W  
uO
7Ti]H  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 /MQd[03]  
Am kHVg  
En5I  
6. 减少计算工作量 2R2Z6}  
`Ph4!-6#  
采样要求： >L&>B5)9  
 至少1个点的间隔(每边)。 nfrC@A
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。 l<7 b  
VCbnS191*  
采样要求： .O1g'%  
 同样，至少1个点的间隔。 AU-/-h=Mr  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 z%*ZmF^K  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 5f}63as  
2&$A x  
 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。 O$$s]R6
 
 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。 r<&d1fM;X  
 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)。 z${B|  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 %\r4c*O1q  
l Fzb$k}_{  
+Icg;m{  
U6.$F#n  

<bGSr23*  
7. 指定区域填充因子的仿真 
3b#KrN'  
I"T_<  
 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。 #<v3G)|aS  
 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。 =UTv  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 lQ!6n  
 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)。 x]y~KbdeB  
!Otyu6&  
$[FO(w@f  
8. 总结 lXv{+ic  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 gR~XkU  
!30Dice  
第1步 5<ery~q  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 s\>$ K%!H?  
D}\% Q #  
第2步 s)ZL`S?</  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 4\Q ?4ZX  
扩展阅读 O]^E%;(]}i  
扩展阅读 c(YNv4*X  
 开始视频 T-|z18|!  
-    光路图介绍 #\t?`\L3  
 该应用示例相关文件： &:'Uh W-t  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ;znIY&Z  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ->K*r\T