[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) x^Zm:Jrw~  
zeD=-3  
应用示例简述 ?-'GbOr!  
nG%<n  
1. 系统细节 SB`xr!~A]  
 光源 K7t_Q8  
— 高斯光束 7AF6aog  
 组件 KMx '(  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 32Wa{LG;2  
 探测器 kP1cwmZ7F  
— 视觉感知的仿真 i (`Q{l  
— 电磁场分布 C@g/{?\  
 建模/设计 ,n`S ,  
— 场追迹： x *a_43`  
 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。 M5
P3;  
?:6w6GwAA  
2. 系统说明 >DAi
-`e  
U,8mYv2|  
/m4Y87
 
3. 模拟 & 设计结果 "jf_xZ$H-
 
MkWbPm)  
4. 总结 NU"L1dK @  
[OS&eK 8  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 t]T't='
  
}}l jVUpC%  
第1步 |xT'+~u  
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。 `O!yt  
,BR W=  
第2步 2Z?l,M~
  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 -XnOj2  
nUK;M[  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。  pLM?m  
{{AZW  
应用示例详细内容 q3`~uTzk  
q{+}0!o  
系统参数 pb G5y7  
Tfx-h)oP3  
1. 该应用实例的内容 53?Ati\Y)  
LYiIJAZ.  
Zy|u5J  
2. 设计&仿真任务 ND/oKM+?  
cqT%6Si  
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。 ]]y4$[|L  
{Es1
bO  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 1kD1$5  
_:FD#5BZ1  
ge1U1o  
4. 参数：SLM像素阵列 6R*eJICN  
+:W?:\  
Wz#ZkNO  
5. 参数：SLM像素阵列 ,!X:wY}dW  
P76gJ@#m  
D&pp <  
应用示例详细内容 pD }b$  
g?K? Fn.}  
仿真&结果 m}]QP\  
h,6>^A  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM F"QJ)F  
 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)。 VV sE]7P ]  
 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。 7PwH&rI  
BqM[{Kv  
2. VirtualLab的SLM模块 W@i|=xS?  

'v=BAY=Ef  
r?dkE=B  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 KFy|,@NI  
 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。 c`N_MP  
N34bB>_  
3. SLM的光学功能 4G hg~0  
w2jB6NQX  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 C =B a|Z  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 M:L-j{?y_  
 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。 ,b?G]WQrHs  
AS0mMHJk  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd SR`A]EC(V  
=LEzcq>XO  
 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。 s.XxYXR\  
6j!a*u:}"  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 7[i&EPN
 
{hm-0Q  
4. 对比：光栅的光学功能 NRk^Z)  
 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。 88 ca  
 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。 +;Gvp=hk  
 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)。 i8DY
C=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。 Q5u3~Q'e  
 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。 1_StgFu u  
2vddx<&  
5HTY ~&C  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Z=<D`  
G^SDB!/@J  
5. 有间隔SLM的光学功能 (a~V<v"  
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。 ;&kZ
7%  
<y"lL>JR  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd =/\l=*  
?,C'\8'  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 " LhXR  
^K 9jJS9K  
]iZ-MG)J  
6. 减少计算工作量 =/4}!B/  
xsrdHP
1  
采样要求： = N:5#A  
 至少1个点的间隔(每边)。 E/D@;Ym18  
 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。 q^~w:$^U  
P(3$XMx  
采样要求： r4iT 9D  
 同样，至少1个点的间隔。 %6Y}0>gY  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。
Z'm( M[2K  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 O<XNI(@  
L:jv%;DM  
 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.?z2h  
 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。 -Byl~n3*D  
 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)。 qSaCl6[Do  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 /)rv Ndn  
XHY,;4  
s&DAO r!i  
jtqU`|FSQ  
En0hjXa  
7. 指定区域填充因子的仿真 u:,B&}j  
9A}y^=!`  
 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。 P%<MQg|k`  
 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。 t3!~=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。 ("=24R=a
 
 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)。 18y'#<X!  
lvUWs  
yzXS{#\  
8. 总结 2,.8oa(  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 j"&Oa&SH  
!T}R=;)eh  
第1步 e C&!yY2g  
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。 AQc9@3T~Bi  
2}5@:cwR+  
第2步 K
{FBrh  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 |;YDRI  
扩展阅读 s]xn&rd_  
扩展阅读 ,@Elw>^  
 开始视频 n5*m x7  
-    光路图介绍 F_V/&OV  
 该应用示例相关文件： f6#1sO4"  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 cn'rBY  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 GEki34 n0