[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) ()rx>?x5  
z;Gbqr?{{  
应用示例简述 }(hYG"5  
(urfaZ;@+  
1. 系统细节 8P'En+uE1|  
 光源 b{ubp  
— 高斯光束  Cq~ah  
 组件 :@z5& h  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 xX=IMM3  
 探测器 _|Kv~\G!  
— 视觉感知的仿真 %V" +}Dr  
— 电磁场分布 #uDBF
 
 建模/设计 Aj)<8  
— 场追迹： D;#Yn M3  
 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。 0e5-\a  
\Lh<E5@]  
2. 系统说明 C">=2OO  
\gk3w,B?E  
wx?{|  
3. 模拟 & 设计结果 ~IN$hKg^  
e|+;j}^C  
4. 总结 *#{.\R-D  
VRN9yn2  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 /;(%Xd&:  
NByN}e  
第1步 jU9zCMyNF  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 -gX2{dW  
N55=&-p  
第2步 So]FDd  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 'C?f"P:X{  
rp[oH=&  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 m$UT4,Ol  
a0j.\g  
应用示例详细内容 "
aO,  
t 6
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系统参数 m_U6"\n 5  
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Z>D-IU  
1. 该应用实例的内容 <!nWiwv  
ImY*cW=M  
:XY3TI  
2. 设计&仿真任务 =gv/9ce)3  
xla^A}{  
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。 M&T/vByTn_  
Fmle|  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ?4?j
G3p  
nMvIL2:3  
<ORz`^27o  
4. 参数：SLM像素阵列 5BO!K$6  
2EcYO$R!  
$i] M6<Vxn  
5. 参数：SLM像素阵列 rBPxGBd4  
C$;s+ALy[  
ojqX#>0K  
应用示例详细内容 ,#;ahwU~s  
3VBV_/i;  
仿真&结果 zO]dQ$r\Z  
;mxT>|z  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM @Odu.F1e  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 li XD2N  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 M8Lj*JN  
bu5)~|?{t  
2. VirtualLab的SLM模块 *Yjs$'_2  

bxHk0w  
\Rt  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 b4PK  
 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。 5X-{|r3q  
0evZg@JP`  
3. SLM的光学功能 4Lb<#e13R?  
1S#bV} !  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 qT%E[qDS  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 3=I Q  
 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。 j* ?MFvwE  
v1rGq  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd <#`L&w.  
A 76yz`D  
 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。 GMI>$$<  
XA%?35v~  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd .YbD.
{]D  
9r}}
m0  
4. 对比：光栅的光学功能 A":x<9   
 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。 #+=afJ  
 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。 $^F2  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 i^Q^F  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 _uacpN/<|  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 WX9BS$}0  
+bU(-yRy5o  
nMqU6X>P!  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd xNU}uW>>T  
oizoKwp%  
5. 有间隔SLM的光学功能 lC{m;V2  
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。 bcg)K`'N  
$@X,J
2&  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd pK%'S  
8cl!8gfv  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 A2 rRYzN;  
e%#f9i  
9i@*\Ada  
6. 减少计算工作量 $U1'n@/J  
l1msXBC  
采样要求： !G37K8&&*  
 至少1个点的间隔(每边)。 l"64w>,  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 e3.TGv7=  
|?8wyP  
采样要求： uPpP")  
 同样，至少1个点的间隔。 .(krB%N  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Hmz[pTQ|87  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 =0A{z#6  
gDH x+"?  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 tSjK=1"}  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 mcvTz, ;=  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 g`6S*&8I  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 QH;
aJ(>$  
d-4u*>  
d7@ N~<n  
M30_b8[Y_  
0kDT:3  
7. 指定区域填充因子的仿真 zx^)Qb/EL6  
.Xr_BJ _  
 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。 kG{(Qi  
 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。 l{
k  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 i''dY!2  
 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)。 m<j ^cU#J  
BR|dW
4\  
F"LT\7yjyG  
8. 总结 nC z[#t  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 n_5g:`Y  
bf3)^ 49}  
第1步 >$}nKPC,Y  
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。 !0cfz5t  
P0W%30Dh  
第2步 p@P[pzxI  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 `toSU>:  
扩展阅读 L%fWa2P'  
扩展阅读 ^ K/B[8  
 开始视频 ;DGp7f#9  
-    光路图介绍 &%^[2^H8"  
 该应用示例相关文件： l.C{Ar  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 1W5YS +pf  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 |GIT{_JE