[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) " {X0&  
ibn\&}1  
应用示例简述 07]9VJa  
\opcn\vW  
1. 系统细节 'Ck:=V%}g  
 光源 .u'MMe>^  
— 高斯光束 Jn%Etz-  
 组件 T
$sm}=  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 NHcA6y$Cz  
 探测器 i91k0q*di  
— 视觉感知的仿真 /9,y+"0SQz  
— 电磁场分布 shEAr*u  
 建模/设计 =y>CO:^G%  
— 场追迹： 6n|][
! f  
 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。 +,Or^pO=  
3:)_oHq  
2. 系统说明 0+k..l  
>S8 n8U  
]Ot=At  
3. 模拟 & 设计结果 ^Rtxef  
h8 FV2"  
4. 总结 VUOe7c=  
P$]
K  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 9Wg;M#c2Y|  
$1Fn
jL5u  
第1步 [dXa
,  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 bM2x (E\
O  
v4K! BW  
第2步 jxZf,]>T  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 NZO86y
/  
RY3=UeoF  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 A]1dR\p  
S..8,5mBH  
应用示例详细内容 Uw| -d[!  
#M<YNuE#"  
系统参数 Xpv<v[a  
^Nu j/  
1. 该应用实例的内容 qL <@PC.5  
#*%?
]B=  
QpA$='  
2. 设计&仿真任务 1Y%lt5,*  
.V\~#Ro$G  
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。 ,Vl2U"   
Gm &jlN  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 *
>HS>#S  
;$8ptB.  
8C[eHC*r  
4. 参数：SLM像素阵列 wn|;Li  
eCWF0a  
HH0ck(u_A*  
5. 参数：SLM像素阵列 7IQaXcl  
'n^?DPvD  
45x4JG  
应用示例详细内容 CEBu[TT/9  
l8:!{I?s=  
仿真&结果 _ nz^+  
m%UF{I,  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM I8 [ *  
 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)。 KS1udH^Zc  
 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。 g-,lY|a  
y
Mzy!b Ky  
2. VirtualLab的SLM模块 ,\i,2<hz.  

2 E?]!9T~|  
xFJT&=Af W  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。  !VXy67  
 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。 JG&E"j#q  
kM@e_YtpY  
3. SLM的光学功能 *M$mAy<  
N"tX K  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 I2pE}6q  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Dx=RLiU9  
 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。 0M)\([W9&  
2pvby`P4  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd tOte[~,  
2}bXX
'Y  
 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。 S6\E  I5S  
X\w["!B  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd P.g./8N`z  
WnU2.:  
4. 对比：光栅的光学功能 he@Y1CY  
 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。 wAgVevE  
 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。 vO53?vN[m9  
 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)。 f:y:: z  
 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。 f`K#=_Kq7  
 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。 VC_F Cz  
("{vbs$;  
IP-M)_I
  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd -e?n4YO*\  
[6 "5  
5. 有间隔SLM的光学功能 N})vrB;1  
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。 @HnahD  
~p:hqi1+<+  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd Jt0/*^'  
Cs,Cb2[  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 6i~<,;Cn  
}sJ}c}b  
@MoCEtt  
6. 减少计算工作量 &j/,8 Z*  
ew~uOG+  
采样要求： 7q 5 \]J[  
 至少1个点的间隔(每边)。 uZ@qlq8  
 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。 [} d39  
lPC{R k.\C  
采样要求： ^^24a_+2  
 同样，至少1个点的间隔。 -UAMHd}4  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 53.jx38xS  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ftRdK>a D  
\}<J>R@  
 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。 tNOOaj9mw  
 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。 nB[B FVkU  
 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)。 [9}<N2,9z  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 7L6^IK  

MSp)Jc  
7|bBC+;(  
u[4h|*'"|  
NXz/1ut%  
7. 指定区域填充因子的仿真 "(~fl<;  
8/y8tMm]  
 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。 |%rRALIY  
 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。 Jy[rA<x$  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 QW_v\GHx  
 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%5Esx  
J-G)mvkv  
G=CP17&h6  
8. 总结 bP|-GCKM8  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ;<6S\  
gdh|X[d  
第1步 _j{)%%?r  
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。 _`laP5
~  
n$>_2v  
第2步 ADP3Nic  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 )7AjRtb!/  
扩展阅读 Gg:W%&#  
扩展阅读 Ra^c5hP:.E  
 开始视频 F4~O-g.<  
-    光路图介绍 CG J_k?h  
 该应用示例相关文件： '~z`kah  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 =+<DNW@%  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 }XRfHQk