[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) IeO-O'^&`  
u@AI&[Z  
应用示例简述 q_-ma_F#s  
f_oq1W)9  
1. 系统细节 S  <2}8D  
 光源 %_>Tcm=  
— 高斯光束 ^gd<lo g  
 组件 [}{w  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 @XeEpDn]  
 探测器 XFtOmY
 
— 视觉感知的仿真 a@Mq J=<L  
— 电磁场分布 VK9Q?nu  
 建模/设计 aD+0\I[x  
— 场追迹： IDj_l+?c  
 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。 F|,6N/;!W  
>H$;Z$o*(  
2. 系统说明 5f8"j$Az  
GaHA%  
<F ew<r2  
3. 模拟 & 设计结果 Sc$gnUYD{  
DUqJ y*F(  
4. 总结 4 ^4d9?c  
7LG+$LEz  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 b9`iZ  
)^&,Dj  
第1步 Ky *DfQA  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 8}bZ[  
y">fN0{<  
第2步 K|US~Hgv  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [$^A@bqk  
10?qjjb&  
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{"f.Z:Ydo  
AfN&n= d K  
应用示例详细内容 o/WC@!wg K  
N ,+(>?yE  
系统参数 vmvFBzLR  
C>4UbU  
1. 该应用实例的内容 TiQ^}5~M  
7^Na9]PY  
sllzno2bU  
2. 设计&仿真任务 h20Hg|   
IJ0#iA. T  
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。 `YU=~xQ  
3^XVQS***  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Gbn4
*<N  
V'j@K!)~xR  
5Q|sta!  
4. 参数：SLM像素阵列 _PV*lK=  
U_l7CCK +  
Q70bEHLA  
5. 参数：SLM像素阵列 p'g^Wh  
IO"hF  
2 Kla8  
应用示例详细内容 S.W^7Ap  
)km7tA 0a  
仿真&结果 Pxqiv9D<R  
~p\n&{P0  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM lufe
ieW  
 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)。 ETO$9}x[  
 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。 (i]Z|@|)  
p,;mYms  
2. VirtualLab的SLM模块 f?^S bp
 

)|MJnx9  
M&f#wQ  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ybE[B}pOeZ  
 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。 s"coQ!e1.  
r|fO7PD  
3. SLM的光学功能 ,Kw5Ro`I:  
. :a<2sp6  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 c+2sT3).D  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 63M=,0-Qt  
 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。 ertBuU  
@5E,:)T*wR  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd #\ #3r  
,r`UBQ}?  
 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。 ="'- &  
.S7:;%qL6  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd [PWL<t::c  
Q["t eo]DQ  
4. 对比：光栅的光学功能 eFFc9'o  
 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。 J(s;$PG  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 j?-R]^-5  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 Jhy(x1%  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 p3yU:q#A  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 qyyq&  
;Z9IZ~  
Uu'dv#4Iw  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 2|{V,!/cvG  
N wtg%;  
5. 有间隔SLM的光学功能 c!wtf,F  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 Yb:pAzw6  
r}W2Ak\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd &=Y e6 f[  
Z<"K_bj  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 f$F*3  
d8OL!Rk  
DDeE(E  
6. 减少计算工作量 XUmR{A  
*e/K:k  
采样要求： ]KuMz p!  
 至少1个点的间隔(每边)。 J/W{/E>;  
 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。 s9j7Psd  
qp~gP  
采样要求： ;t(f1rPyE  
 同样，至少1个点的间隔。 /:[2'_Xl  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 2Z/K(J"&J  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 JTW)*q9a  
L*JPe"N-e  
 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。 P Sx304  
 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。 c`G&KCw)d  
 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)。 i8PuC^]  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ^b-18 ~s  
nII^mg~  
jirbUl  
23ze/;6%A  
*fc-gAj  
7. 指定区域填充因子的仿真 Of[;Qn  
G/?~\ }:s  
 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。 rg QEUDEQ  
 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。 ,mFsM!|  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 [L~@uAMw:  
 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)。 39TT{>?`w  
Q^_/By@  
KL?)akk  
8. 总结 {}Ejt:rKN  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 U4,2br>  
A74920X`W  
第1步 BavO\{J#|0  
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。 Z)"61) )  
M>H=z#C>/A  
第2步 E~hzh /,34  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 0b|zk <  
扩展阅读 }_OM$nzj  
扩展阅读 #-#NqX:  
 开始视频 H-5<S@8
 
-    光路图介绍 d/,E2i{I7  
 该应用示例相关文件： USPTpjt8R  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ^ 4hO8  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ,?-\ x6