[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) _i+7O^=d6X  
5X"WgR;  
应用示例简述 QF`o%mI  
B< BS>(Nr>  
1. 系统细节 rpO>l  
 光源 #sp8 !8|y  
— 高斯光束 9\D0mjn=l  
 组件 {oc7Chv=/H  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 |F^h>^ x  
 探测器 AIa#t#8${  
— 视觉感知的仿真 n"c3C)  
— 电磁场分布 ~`Xu6+1o  
 建模/设计 2k3yf_N  
— 场追迹： TdH~sz  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 4Z<  
O/2Jz  
2. 系统说明 sOLR*=F{  
PFnq:G^L  
^L;k  
3. 模拟 & 设计结果 v"a.%"oN8  
gR:21*&cz  
4. 总结 oc3}L^aD  
3teanU`  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 =C.WM*='  
a2N4Jg@  
第1步 P",E/beV  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 !~~j&+hK\  
6$^dOJ_"  
第2步 lKF<]25  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <<[hZ$.  
<"XDIvpc%L  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 /i)1BaF  
uuMHD{}?}  
应用示例详细内容 jB-)/8.qk  
X}gnO83  
系统参数 y3vm+tJc{  
K'zG[[P  
1. 该应用实例的内容 jL[ hB  
Yi+~}YP.E(  
!p~K;p,  
2. 设计&仿真任务 H;OPA8\n  
cWA$O*A  
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。 \7Fkeo+  
op%?V:  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 [d_sd  
*jF VYg  
g6. =(je  
4. 参数：SLM像素阵列 C8 b%r|^#  
=_L  
`1[GY){?)  
5. 参数：SLM像素阵列 S3k>34_%9  
'Na/AcRdg  
!B3lsXLSY  
应用示例详细内容 tyLR_@i%%  
9#;UQ.qA  
仿真&结果 rGe^$!QB  
42m}c1R  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM >5jHgs#  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 (Q$]X5L  
 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。 .ZxH#l _  
H?=D,  
2. VirtualLab的SLM模块 D?w-uR%Y  

%T&#JF+;  
(Rc0l;  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 CKTD27})  
 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。 H5N(MihT  
-e{H8ro  
3. SLM的光学功能 -^(NIl'  
IrRn@15,  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 }fo?K|Xx  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 y{eZrX|  
 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。 W&>+~A  
!!c.cv'  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd [\ JZpF  
YJ5;a\QxN  
 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。 o^Y'e+T"  
T_}\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Xm`K@hJ@  
6wWA(![w"  
4. 对比：光栅的光学功能 .~5cNu'#m  
 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。 e;=G|E  
 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。 >oc7=F<8lS  
 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)。 (WW,]#^  
 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。 t3/!esay  
 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。 ^yRCR] oT  
]sjOn?YA+  
``kKi3TWJ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd r,6~?hG]  
KG#|Cq  
5. 有间隔SLM的光学功能 @ %z5]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。 p;n)YY$  
'ce9v@(0  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd -}UCdaQ3  
Iw"?%k\U  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 eT+MN`
 
\Mlj 7.u]  
t:M({|m Y  
6. 减少计算工作量 e_6 i896  
gWS49*O  
采样要求： O)5-6lm  
 至少1个点的间隔(每边)。 B>47Ic  
 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。 cf@#a@7m9  
UsQv!Cwu^  
采样要求： $)@zlnU  
 同样，至少1个点的间隔。 /KKX;L[D(  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ]?)zH:2)  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 S0=BfkHi.  
t9pPG{1  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 )KRO=~Y  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 y i@61XI  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 8}\"LXRbo  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 udc9$uO  
. ~|^du<X  
k5xirB_  
g1J]z<&  
YgWnPp  
7. 指定区域填充因子的仿真 '`o+#\,b^%  
5. l&nt'  
 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。 &2\.6rb.  
 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。 nMc-kyl{  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 hV8A<VT  
 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)。 R1q04Zj{2  
nj9hRiLn  
\W@?revK  
8. 总结 hcaH  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 orU4{.e  
hG;u8|uT^i  
第1步 ac&tpvij  
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。 L:^'cl} G  
`aI%laj&M  
第2步 3S5Qq
Am  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 W4YC5ZH{l  
扩展阅读 OQsH,'
  
扩展阅读 ,vhR99g{  
 开始视频 H+0 *  
-    光路图介绍 nEn2!)$  
 该应用示例相关文件： IaF79}^  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 QnGJ4F
  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 tIvtiN6[|l