[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) ZlO@PlZ)  
g"T~)SQP  
应用示例简述 ke3=s  
~]"}s(J;  
1. 系统细节 /_}v|E0  
 光源 m7M*)N8  
— 高斯光束 8l='Hl  
 组件 (5yg\3Jvp  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 "r"Y9KODm  
 探测器 hJd#Gc~*M  
— 视觉感知的仿真 sXhtn'<v  
— 电磁场分布 }Bc6:a
  
 建模/设计 >Y2Rr9  
— 场追迹： .7)A8R7Wt  
 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。 *f4KmiQ~%  
/@wm?ft6Gk  
2. 系统说明 ahV_4;
yF  
JWn9&WK  
,Y`C7Px  
3. 模拟 & 设计结果 {Or|] 0  
dvL'>'g  
4. 总结 *:&fw'vd,  
`E|IMUB~  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ?L'k2J  
{Ua5bSbh  
第1步 :_e.ch:4  
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。 7PisX!c,h  
JGO>X|T  
第2步 +-.BF"}  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 rBny*!n  
ho(Y?'^t3  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 mR0@R;
,p  
+m+HC(Z  
应用示例详细内容 [{zekF~)@  
<=7p~ i5  
系统参数 #); 6+v  
&pmJ:WO,h  
1. 该应用实例的内容 8wy"m=>=b}  
xeHu-J!P  
ar^`r!ABEh  
2. 设计&仿真任务 }F3Z~  
z?gJHN<  
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。 N9*$'  
F_21`Hj  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 }>OE"#si  
>)5vsqGZaK  
4o=G) KO{  
4. 参数：SLM像素阵列 |j!D _j#U  
6XG+YIG6w  

keWgbj  
5. 参数：SLM像素阵列 *Zc-&Dk:Ir  
/0\pPc*kA{  
1U9iNki  
应用示例详细内容 Mr1pRIYMd  
6@$[x* V  
仿真&结果 9rid98~d  
WkO .  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM |/(5GX,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)。 Zn^E
 
 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。 rcbi
xOT  
vIG,!^*3  
2. VirtualLab的SLM模块 gTq-\k
(  

<T}#>xHs3  
^Uf`w7"iY  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 E?zp?t:a  
 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。 Kr#=u~~M  
"E8!{  
3. SLM的光学功能 [6Wr t8"  
>2|#b  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 F?dTCa  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 kQb0pfYs  
 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。 s R~&S))  
8%NX)hZyq}  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd zZRqb/20  
pQ/:*cd+M  
 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。 Z5U~g?  
~\/ J&  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd K1hw'AaQ  
A1@-;/H3  
4. 对比：光栅的光学功能 ^wHMKC  
 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。 }+B7C2_\  
 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。 d}G?iX;c}  
 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)。 lt*k(JD  
 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。 < d]|5  
 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。 jTqba:q@  
l:ED_env:  
0g+@WK6y  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Brl6r8LGi  
d.+vjMI  
5. 有间隔SLM的光学功能 Zu$f[U)X  
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。 a_ P[J8j  
Q(sbClp"  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 4/jY;YN,2  
dbLX}>  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 (kHR$8GFM  
. 9 NS  
cC[n~OV  
6. 减少计算工作量 -r2cK{Hhp&  
D6vn3*,&  
采样要求： ArEpH"}@  
 至少1个点的间隔(每边)。 !vB%Q$!x  
 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。 gB"Tc[l1  
gv,T<A?Z2  
采样要求： yI%> w4Z  
 同样，至少1个点的间隔。 HB}gn2.1&  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 PYUY bRn  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 9JtvHUkO  
mx[^LaR>v  
 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。 So^`L s;
S  
 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。 e.+)0)A-  
 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)。 @
Otc$hj  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 IX(yajc[~M  
I5A^/=bf&  
nsp K.*?  
:2My|3H\  
e^GW[lT  
7. 指定区域填充因子的仿真 C{Ug ?hVP  
>2:Sv1T  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 ]aRD6F:L  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 C]H <L#)ZU  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ]*@$%iCPE  
 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)。 $.1'Ym  
Zz-;jkX)  
=QfKDA  
8. 总结 de6dLT>m  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 {t:ND  
#[W[|m  
第1步 &-:yn&f7  
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。 AL7O-D  
@,&m`qzd+  
第2步 -],?kP  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Q7
5^7Ga_  
扩展阅读 aTm.10{^  
扩展阅读 j*u9+.   
 开始视频 g)A0PvEu  
-    光路图介绍 =.oWguzu  
 该应用示例相关文件： I0vnd7  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 X@&uu0JJ  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 )JQQ4D