[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) )/pPY  
DtN6.9H2`  
应用示例简述 mT9
\%5d3  
#3$|PM7,_  
1. 系统细节 1&As:kv5I  
 光源 ^KF'/9S  
— 高斯光束 {p\KB!Y-  
 组件 t8+93,*B  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 UmuFzw^
  
 探测器 ,5?MRqCM  
— 视觉感知的仿真 `j$d(+Gv  
— 电磁场分布 syfR5wc  
 建模/设计 ~S6N'$^  
— 场追迹： PWU#`>4  
 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。 H}~^,B2;  
qprOxP r  
2. 系统说明 &Os Ritj  
OgnpzN  
]r
m=F]W/n  
3. 模拟 & 设计结果 K\ ]r  
Z}C%%2Iz  
4. 总结 2fk   
b#U%aPH  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 fpi6pcof  
*~L]n4-  
第1步 Oe!&Jma*>  
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。 T}TP.!0E  
$gTPW,~s[  
第2步 19t*THgq  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 &$Lm95  
BSf"'0I&
 
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 f+Go8Lg=M  
4#9-Z6kOk  
应用示例详细内容 2Qj)@&zKe#  
c53`E U  
系统参数 hdL2`5RFF  
t_dg$
KB  
1. 该应用实例的内容 J|IDnCK  
~
dLZ[6Z  
y|se^dn  
2. 设计&仿真任务 XEEbmIO*<9  
(I.`bR  
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。 >xKRU5  
'7R'fhiO/3  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 bYc qscW  
~B@o?8D]  
l
g+g:o  
4. 参数：SLM像素阵列 WV U9NmvE  
'[^2uQc  
]Dg0@Y  
5. 参数：SLM像素阵列 sQs5z~#51*  
?g4|EV-56  
I>#ChV)(#  
应用示例详细内容 y9hZ2iT  
u'1=W5$rK  
仿真&结果 {eEWfMKIn  
uek3Y[n  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Fw m:c[G  
 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)。 pQ{t< >  
 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。 !ei20@  
:t^})%  
2. VirtualLab的SLM模块 C>dJ:.K%H  

4/WCs$  
@&##c6\$  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 % cdP*  
 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。 Uc0'XPo3I  
qEr[fC@x  
3. SLM的光学功能 x^2/jUc#B  
v6\2mc.  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 dRa<,@1"  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 q:EQ,  
 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。 J9.p8A^^2  
63Yu05'  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd FF~4y>R7u  
m0\}Cc  
 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。 
{~g  
\#,#_  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd {VG[m@  
2z# @:Q  
4. 对比：光栅的光学功能 jgw'MpQm{  
 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。 *AR<DXEL  
 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。 KocXSh U  
 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)。 .@-]A  
 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}b  
 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。 no6]{qn=6  
M~F2cXW  
rxp9B>~  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 'TsZuZW]  
WCTW#<izm  
5. 有间隔SLM的光学功能 Vzvw/17J  
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。 < DZ76  
=w$"wzc  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd gr{Sh`Cm-  
l]y%cJ~$'D  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 $!!=fFX*y  
*js$r+4  
bvS\P!m\c  
6. 减少计算工作量 ]mo<qWRc>p  
@SG"t,5s  
采样要求： 
aq/Y}s?  
 至少1个点的间隔(每边)。 qgsE7 ]  
 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。 V?dK*8s  
]J=)pDrk  
采样要求： gs8@b5 RSb  
 同样，至少1个点的间隔。 U]EuDNkO{  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 `4$Qv'X*  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 A<CXdt+t  
<O)X89dFM  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 1\{U<Oli  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 Bp{`%86SE  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 4U;XqUY /  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 y{I[}$k  
yxWMatZ2  
UMi`u6#  
iA{jKk=  
@&xaaqQ-  
7. 指定区域填充因子的仿真 9AddF*B  
*[~o~e/YCb  
 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。 4FE@s0M,  
 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。 t:sq*d  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 =*:_swd  
 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)。 bKMR7&e.Ep  
v;}`?@G  
ig_<kj;Vd  
8. 总结 c[RLYu  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 UK_aqB  
CC(*zrOd-  
第1步 =>ztBw\  
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。 >aC\_Mc  
!a&SB*%^I3  
第2步 8u5 'g1M  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 xm,`4WdG  
扩展阅读 fDEu%fUYZ  
扩展阅读 BS,5W]ervE  
 开始视频 , 64t  
-    光路图介绍 ;,vL  
 该应用示例相关文件： xgT~b9  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 27 145  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 
1H,tP|s