[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) a<h1\ `H7  
MG?0>^F  
应用示例简述 g9Yz*Nee<  
.m`y><.5  
1. 系统细节 hbcuK&  
 光源 2"-S<zM  
— 高斯光束 Kn?lHH*w7  
 组件 `w.AQ?p@  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ez9q7SpA  
 探测器 H&yD*@  
— 视觉感知的仿真 ys#i@  
— 电磁场分布 l]]l  
 建模/设计 nIvJrAm4k  
— 场追迹： nA~E "*  
 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。 s<]&*e&}?  
Q*XE h  
2. 系统说明 XhPe]P  
0=="^t_  
C8L'si  
3. 模拟 & 设计结果 GAc{l=vT'  
w2xG_q  
4. 总结 MJ\eh>v&  

$.:mai  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 v-! u\  

zY|klX})  
第1步 -`Y:~q1
 
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。 ~RD+.A  
4&cL[Ny  
第2步 .{S8f#p9T  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 "p3_y`h6+  
p\Lq}tk<  
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
oXMuC|P  
[+Y{%U  
应用示例详细内容 zW8*EE+,  
?J,AB #+  
系统参数 eVl'\aUd  
dr<<!q /  
1. 该应用实例的内容 S:61vD  
9RwawTM  
7_# 1Ec|;  
2. 设计&仿真任务 BtY%r7^o  
tW;:-  
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。 **>/}.%?K  
\sA*V%n  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 mw^7oO#  
{w <+_++  
[/_+>M  
4. 参数：SLM像素阵列 1h7+@#<:a  
2Cg$,#H  
)J(q49  
5. 参数：SLM像素阵列 }!TL2er_  
|p00j|k   
`O6:t\d@  
应用示例详细内容 ,pBh`av  
A%\tiZe  
仿真&结果 j!z-)p8hy  
0W^dhYO  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM O3o: qly!  
 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)。 8I,QD` xu  
 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。 3CE[(   
#;#3%?  
2. VirtualLab的SLM模块 \/|)HElKR  

+!0eu>~_&  
s4H2/E
C  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 |3? 8)z\n  
 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。 3I 0eW%,  
)$Z(|M4  
3. SLM的光学功能 OJ4SbI  
2-0$FQ@/  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 A4mSJ6K]  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 NV r0M?`4  
 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。 Ov82ibp_1  
AD('=g J  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd Brd,Eg  
sn{AwF%  
 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。 %}>dqUyQ  
o5aLUWi-  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 9TxyZL   
v0l_w  
4. 对比：光栅的光学功能 )$x_!=@1  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 B ?%L  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 8X?>=
tl  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 {w^uWR4f  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 _U)%kY8  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 'b"TH^\  
%"A_!<n@*`  
l+y-Fo@  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd H'J|U|  
o'%eI  
5. 有间隔SLM的光学功能 7k=fZ$+O  
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。 G6`J1Uk  
tu%[p 4   
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd =fyyqb4  
`^U&#K  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 .+K S`  
ZYtiMBJ  
>E"9*:.^a  
6. 减少计算工作量 0&fl#]oCE  
%3Bpn=k>  
采样要求： ?Hy+'sq[  
 至少1个点的间隔(每边)。 VS/;aG$&y  
 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。 X,v4d~>]  

2RppP?M!  
采样要求： 8TZENRzx-|  
 同样，至少1个点的间隔。 p/]s)uYp$  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Jfg7\&|  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 XrN- 2HTV  
2Ji+{,?,  
 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 -Fg^tl  
 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。 8V5a%2eV  
 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)。 5JFV%odo  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Rs$5PdH  
t;#Gmo  
h{]#ag5`  
Rf[V)x  
M$&>5n7  
7. 指定区域填充因子的仿真 Q;26V4  
C}CKnkMMD  
 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。 $3\yf?m}q  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 x0Bw{>
Q  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 68x}w Ae  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 t=dO  
 93w~.p  
M#0 @X  
8. 总结 i7eI=f-
Q  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 &:!ij  
kX8=cL9G  
第1步 am:.NG+  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 W(@>?$&  
]C *1
0S`  
第2步 =s[&;B`s  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。  Tb#
  
扩展阅读 %D^bahf  
扩展阅读  wOHEv^,  
 开始视频 KU2$5[~j  
-    光路图介绍 3Xdn62[&  
 该应用示例相关文件： #AncOo  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 o=9'  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 QHQj/)J8