[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) !Y ;H(.A/  
^lHb&\X  
应用示例简述 Zdv.PGn  
${A5-  
1. 系统细节 L# `lQ"`K  
 光源 D+@-XU<Lp<  
— 高斯光束 w)45SZ.  
 组件 +R|U4`12  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 $q Zc!Qc  
 探测器 8q]J;T
  
— 视觉感知的仿真 ksB  
— 电磁场分布 ]]el|  
 建模/设计 mgi,b2  
— 场追迹： AuoxZ?V  
 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。 5h_<R!jA  
<lC]>
L  
2. 系统说明 "KMLk  
6eOrs-ty  
IZv~[vi_  
3. 模拟 & 设计结果 Hze-Ob8  
Z} c'Bm(  
4. 总结 Cw 1 9y  
`d75@0:  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 285
_|!.Y  
+O)]^"TG  
第1步 @@'nit  
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。 1a<]$tZk  
M-{*92y& |  
第2步 Up<~
0  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 +
p13xc?#j  
M6J/mOVx5  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 {*N^C@  
HR;/Br  
应用示例详细内容 sC% b~  
 KR&s?  
系统参数 G7 1U7  
D,MyI#  
1. 该应用实例的内容 .2e1S{9  
BR;QY1  
}<SNO)h3  
2. 设计&仿真任务 V/J>GRjw  
;SfNKu  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 |Dg;(i?  
N6h1|
_o  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Q4X7Iu:  
hF2/ y.:P  
Am=wEu[b  
4. 参数：SLM像素阵列 x Y| yI>  
<D;MT96SG  
[!G)$<  
5. 参数：SLM像素阵列 NjbwGcH%\  
'V&2X
vl%  
(zY *0lN  
应用示例详细内容 NUMi])HkN  
]pWP?Ws  
仿真&结果 Xtft*Z  
{1~9vHAZ  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM =HMmrmz:  
 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)。 S."7+g7Ar  
 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。 On4w/L9L5  
a'uU,Eb}#w  
2. VirtualLab的SLM模块 kBbl+1{H  

.!i0_Rv5x  
en>9E.?N  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 27>a#vCT  
 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。 @&5A&(  
VpSEVd:n  
3. SLM的光学功能 
*xcP`  
|1"!kA  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 h'l^g%;  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 7IW> >RBF  
 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。 =D].`  
>dk9f}7-  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd /&h+t^l_Qj  
S8%n.<OB
 
 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。 -l "U"U"F  
t^.'>RwW|  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd |z~LzSJv  
^Gq5ig1rxy  
4. 对比：光栅的光学功能 5
[4Z=RP  
 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。 ^YKy9zkTl  
 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。 y? "@v.  
 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)。 (;}tf~~r  
 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。 pCC7(Ouo  
 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。 pcH<gF(k  
2zK"*7b?  
jJ~Y]dQi  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd
3sFeP&  
wVqd$nsY"  
5. 有间隔SLM的光学功能 Kd3QqVJBz1  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 Q.k :\m*h  
)p8I@E  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd cXN _*%  
W&(f&{A  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 . uR M{Bs  
=XT)J6z^"  
xMI+5b8  
6. 减少计算工作量 K)S;:MLG=  
?} (=  
采样要求： st/n"HQ  
 至少1个点的间隔(每边)。 e"Rm_t  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 @u) 'yS  
vG Vd  
采样要求： F Z!J  
 同样，至少1个点的间隔。 Ftv8@l  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 sG,+  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 mJC3@V s  
rg5]&<Vq8  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 )NT5yF,m  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 4:mCXP,x  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 <y)E>Fl  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 M)!skU  
9`"DFFSMS  
4_LQ?U>$  
}nud  
jtKn3m7 +p  
7. 指定区域填充因子的仿真 PuX
UuJx(  
Pxhz@":[  
 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。 &|5GB3H=  
 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。 _3>djF_u  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ?znSx}t  
 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)。 GBP-V66  
=Q(vni83<  
@Bs0Avj.  
8. 总结 R$m`Z+/@  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 R1ktj  
(~s|=Hxq|-  
第1步 $h28(K%  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 5j^NV&/_  
2~c~{ jl\  
第2步 O~@fXMthh  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 NY.k.  
扩展阅读 K:5eek  
扩展阅读 ,EEPh>cXc  
 开始视频 o a<q/  
-    光路图介绍 8#LJ*o  
 该应用示例相关文件： uQeu4$k!  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 QH@>icAb  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 $'"8QOnJ?k