[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) , lT8gQ|u  
h&.9Q{D  
应用示例简述 z_r W1?|  
67Ge}6*2pd  
1. 系统细节 (\#j3Y)r  
 光源 Hm1C|Qb  
— 高斯光束 NS<lmWx+  
 组件 Q8T4_p[-o  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 90teXxg=|  
 探测器 h.=YAcR0D  
— 视觉感知的仿真 o y}(  
— 电磁场分布 1*G7Uh@K}  
 建模/设计 SO8Ej)m  
— 场追迹： UV@<55)K  
 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。 Eq'YtqU  
Nf1) 5  
2. 系统说明 vAU^<$D27  

H~@aT7  
%[;<'s5e~  
3. 模拟 & 设计结果 w{#%&e(q"  
j@2-^q:`  
4. 总结 B<LQ;n+  
E=HS'XKu[K  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Y==# yNwM  
D)4p8-=t  
第1步 _/P"ulNb  
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。 RhX 2qsva-  
l.fNkLC#  
第2步 <P$b$fh/  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 c-z=(Z  
5N`g  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 q{n~s=  
e7pN9tXGf  
应用示例详细内容 7q$9\RR5  
/8J2,8vZ  
系统参数 W $H8[G  
OlMCF.W#3  
1. 该应用实例的内容 ||9f@9  
]-L/Of6F)|  
8I NVn'G  
2. 设计&仿真任务 JnV$)EYi  
$?ke "  
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。 S7~yRIjB  
w[:5uo(  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ,&z
_ 2m  
-D38>#Y  
{l\v J#r:  
4. 参数：SLM像素阵列 -V_e=Y<J/  
r(%#@?&  
:t^=~xO9  
5. 参数：SLM像素阵列 an0@EkZ  
x/bO;9E%U4  
6Q>:g"_  
应用示例详细内容 YPGn8A  
LvhF@%(9J  
仿真&结果 cg0L(oI~  
-}PD0Pzg;=  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM BYNOgB1  
 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)。 |44CD3A%
 
 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。 ]+d.X]  
h9g5W'.#  
2. VirtualLab的SLM模块 'Kp|\Tr  

~A>3k2N/e  
Vu;tU.  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 (O/hu3
 
 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。 NVJvCs)3f  
0y2iS't  
3. SLM的光学功能 2$\Du9+  
vJmE}  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 <bIAq8  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 X B65,l  
 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。 EC?!%iO`  
tGv4 S\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd (p^q3\
 
;t[<
!  
 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。 _U#ue  
8%vk"h:u:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ]*I&104{  
aHwrFkn  
4. 对比：光栅的光学功能 Il*wVNrZI  
 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。  yZdM4`  
 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。 {IqbO>|"O_  
 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#(T?=VPcy  
 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。 #UI@<0P)  
 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。 rw8db'  
0Oe@0L%^3"  
]>*Z 1g;
  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd :mY(d6#A>  
0dXZd2oK@  
5. 有间隔SLM的光学功能 Jw"'ZW#W  
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。 )CihqsA2  
a"#5JcR3  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd eX;"kO  
z`f1|Ok  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 iMJjWkk  
'OkF.bs  
wArNWBM  
6. 减少计算工作量 TpZ)v.w~l7  
d}ue/hdw  
采样要求： ]7c715@  
 至少1个点的间隔(每边)。 ECU:3KH>MF  
 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。 70*Y4'u}A  
Jr\4x7a;`~  
采样要求： H.!M_aJH  
 同样，至少1个点的间隔。 b[$l{RQ[?  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 FW=oP>f]w  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 :2K0/@<x  
p
PeS4$Y  
 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。 </qXKEu`_  
 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。 ks 3<zW(  
 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)。 8(5}Jo+  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ~hYG%  
%'k^aqFL  
VT;$:>!+  
om;jXf}A  
9M<qk si  
7. 指定区域填充因子的仿真 #RZW)Br
 
y$K!g&lGA  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 3QU<vdtr  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 h-Ffs  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 nwHi3ojD:  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 A$[@AY$MI  
F.
^1|+96  
` *h-j/M  
8. 总结 1i#M(u_  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ^'6!)y#  
I tp7X  
第1步 l#V"14y  
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。 lUUeM\  
$>]7NT
P  
第2步 J=|fxR  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 {b=]JPE  
扩展阅读 qL UbRp  
扩展阅读 0bS\VUB(  
 开始视频 UR:cBr  
-    光路图介绍 GC~Tfrf=r  
 该应用示例相关文件： jrZM  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 yG2j!D  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 P*)}ENY