[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) kB41{Y -  
xx^7  
应用示例简述 0FL PZaRP  
^SdorPOq&  
1. 系统细节 lO?dI=}]  
 光源 r!DUsE  
— 高斯光束 2(5HPRQ  
 组件 ;xp^FKP  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 xp+Z%0D  
 探测器 Tnw0S8M  
— 视觉感知的仿真 Iu<RwB[#Q  
— 电磁场分布 %<4ZU!2L  
 建模/设计 )vO?d~x|  
— 场追迹： _*(n2'2B  
 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。 >5,nB<  
:i;iSrKy  
2. 系统说明 q-3,p.  
6gUcoDD  
hrLPyV:  
3. 模拟 & 设计结果 :BIgrz"Jz  
f$\gm+&hXE  
4. 总结 dd$}FlT  
xPuuG{Sm  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 =D1%-ym  
Z
?IwR  
第1步 hj~nLgpN  
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。 a!n |/9 6  
S"*M9*8  
第2步 JYE[ 1M  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 3B{B6w}t&  
2aROY2  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 3_AVJv ;N  
+:JyXFu  
应用示例详细内容 h[%t7qo=  
;@I4[4ph}  
系统参数 I2U/\  
9DAk|K  
1. 该应用实例的内容 Y
|NL #F  
@' V=Vr  
$)V_oQSqn  
2. 设计&仿真任务 G)vq+L5%  
h x_,>\@  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 ?3X(`:KB  
.Xq4QR .  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Bu:h_sV D  
s]D&):  
ncF|wz  
4. 参数：SLM像素阵列 {6V;$KqH6  
DU@ZLk3  
"r:i  
5. 参数：SLM像素阵列 { S]"-x  
7Nw} }  
YPq4VX,  
应用示例详细内容 mJj [f8  
BCrX>Pp}r  
仿真&结果 F4Jc7k2  
 2s+ITPr  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM "s:eH"_s  
 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)。 ZmJ!ZKKch  
 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。 Nb[zm|.  
aGl
*h"&  
2. VirtualLab的SLM模块 2}NWFM3C  

&p."` C  
Myal3UF  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 s>pOfXIx  
 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。 CG`s@5y>5  
BA1|%:.   
3. SLM的光学功能 PT`];C(he  
uQ}0hs  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 3 &aBU[  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 KGVAP  
 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。 ~v /NG  
/b44;U`v5-  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd xK8n~.T('  
PYOU=R%o`8  
 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。 *{ =5AW}o  
0n'~wz"wB  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd TA x
9<'  
NXJyRAJ*%  
4. 对比：光栅的光学功能 3!+N}[$iy  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 x_C#ALq9  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 u{H'evv0O  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 m|7lDfpb  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 !I7bxDzK$  
 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。 aMUy^
>  
/Ir|& <yB  
't3
@dz_dG  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd =nq9)4o  
Oq7R^t`b  
5. 有间隔SLM的光学功能 n@hf{hA[a  
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。 _fVC
\18T  
#P)7b,3pe  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd shjq4#9  
ZPM,ZGlu:  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 /~4wM#Y
i8  
r_5k$u(  
-w0U}Te^  
6. 减少计算工作量 3?}W0dZ$d  
{3jV ,S  
采样要求： RR%[]M#_T  
 至少1个点的间隔(每边)。 &TpzJcd"  
 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。 h-^7cHI}  
B\/"$"
 
采样要求： d%"?^e  
 同样，至少1个点的间隔。 8-A *Jc  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 af:wg]g  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 f;Iaf#V_  
FUq>+U!Qu  
 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。 v,\2$q/  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 DeMF<)#  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 g_2m["6*  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 _?5$S
T@5  
L$ nFRl&  
V4('}Q!  
;w^-3 U7:  
Kn#3^>D  
7. 指定区域填充因子的仿真 7c:5Ey  
L5"|RI}  
 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。 =<_ei|ME  
 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。 Ik92='Z  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ~-"<)XPe  
 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)。 F$Cf\#{3  
@Ju!|G9z/p  

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F  
8. 总结 64#6L.Q-c  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *@M7J  
if S) < t  
第1步 ZQd\!K8y^Q  
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。 91Cg   
0@ -
3U{Q  
第2步 /K#t$
O4  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 F-^#EkEGe  
扩展阅读 7[V6@K!Al[  
扩展阅读 .kBZ(`K  
 开始视频 &DqeO8?Q  
-    光路图介绍 "hwG"3n1  
 该应用示例相关文件： nUAs:Q  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ]t69a4&,#9  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 >3S^9{d