[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) 9{[I|  
er@"4R0  
应用示例简述 %Ms"LoK  
dbn9t7'{  
1. 系统细节 bfo..f-0/Y  
 光源 7egE."  
— 高斯光束 LGnb"ZN  
 组件 yP$@~L[!  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 d*qb^C{'"  
 探测器 0s9-`nHen|  
— 视觉感知的仿真 jfmHc(fX4  
— 电磁场分布 p7{2/mj  
 建模/设计 yS#)F.  
— 场追迹： 42/MBP`
\Y  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 z$g cK>@l  
MB7UI8  
2. 系统说明 7Qdf#DG  
8;PS>9<  
Cws;6i*=@  
3. 模拟 & 设计结果 L hp  
uu7 ?,WT  
4. 总结 PP*6nW8  
CzMCd ~*7R  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 @jL](Mq|]  
{6 #Qm7s-  
第1步 bG0 |+k3O  
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。 sNaLz  
/esdtH$=  
第2步 m:}PVJ-"  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 FOPfob[  
8F>u6Y[P  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 2[!3!@.  
$>JfLSyC  
应用示例详细内容 :g%hT$,]3b  
rn$G.SMgz  
系统参数 n!aA<  
<OH{7>V  
1. 该应用实例的内容 V0)bPcS/  
,(u-q]8   
"D\>oFu  
2. 设计&仿真任务 jgvzp  
awXK9}.  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 !dQmg'_V  
e{EC#%x_  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 noNJ+0S  
4,,DA2^!  
]OSq}ul  
4. 参数：SLM像素阵列 qX[{_$^Q  
zif&;)wV/  
}/w]+f*  
5. 参数：SLM像素阵列 F50l->F2&  
Sj ly]  
3"BSP3/[l  
应用示例详细内容 _<E.?K$gbU  
X-=4Z
9  
仿真&结果 1[yy/v'q  
kYhV1I  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM |(%=zb=?X  
 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)。 j.&Y'C7GOC  
 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。 /0swrt.  
pG6?"*Fz;  
2. VirtualLab的SLM模块 XS}-@5TI  

l4gF.-.GYF  
tj?%{L  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 u`.3\Geh  
 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。 _Sg"|g  
O#<F"e;$  
3. SLM的光学功能 <{+U- ^rzR  
UX2@eyejQ7  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Z0/$XS9|h;  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 &cWC&Ws"  
 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。 y>#_LhTX-  
zviTG
hA  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd csd9[=HW/Q  
iT;Ld $!{f  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 vX7U|zy  
LOgFi%!6:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd }4g$aTc  
$bDaZGy  
4. 对比：光栅的光学功能 YV8PybThc  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 yH(3 m#  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 ?KB] /gT^  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 BbM/Rd1tAm  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 B"sB0NuT/$  
 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。 gyQPQ;"H$2  
4ClSl#X#i  
N%,zME  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Q:j~ kutS|  
dVPY07P  
5. 有间隔SLM的光学功能 3RX9LJGX  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 EJP]E)  
d[{!^,%x"  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd f
|=
u{6  
oiIl\#C  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 bU/4KZ'-^  
aNn4j_V(  
=:Yrb2gP_\  
6. 减少计算工作量 0~z`>#W,  
)QWhzY  
采样要求： `M*jrkM]x  
 至少1个点的间隔(每边)。 `T+w5ONn  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 @tJ4^<`P{  
h56Kmxxk  
采样要求： kS35X)-  
 同样，至少1个点的间隔。 s3T7M:DM4  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ubZJUm  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 /k[8xb  
@eZBwFe  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 |g>
Q3E  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 h-//v~V)  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 |VzXcV-"8)  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 u|Oc+qA(  
n!.=05OtX  
c3Gy1#f:#2  
%Oo f/q  
D^2lb"3  
7. 指定区域填充因子的仿真 6uv~.-T<l  
CPL,QVO9  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 aNs8T`  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 MD*dq  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ZPY&q&R  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 ]kXWeY<  
1hlU 6=Y  
k$ T  
8. 总结 _Rb2jq(&0  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 |V4<eF-0
S  
ar\K8mj  
第1步 .heU Ir,  
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。 ).IyjHY  
H] g=( %ok  
第2步 SB08-G2  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,[T/O\k  
扩展阅读 $5/d?q-ts{  
扩展阅读 G
@`ZDn  
 开始视频 -)B_o#2=2  
-    光路图介绍 +Z2XP76(4A  
 该应用示例相关文件： n((A:b  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Xz)q
tDN|(  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 vG.KSA