[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) , +J)`+pJx  
0$c(<+D  
应用示例简述 b way+lh  
X>yDj]*4P  
1. 系统细节 w^ z ftm  
 光源 d]E={}qo&  
— 高斯光束 ]?H12xz  
 组件 tt2 S.j  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 \ui'~n_t]  
 探测器 |yO%w#  
— 视觉感知的仿真 M0xhcU_  
— 电磁场分布 1!G}*38;  
 建模/设计 qQ^CSn98J  
— 场追迹： yOQae m^O  
 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。 n@ba>m4{  
"*D9.LyM  
2. 系统说明 u8KQV7E  
CF','gPnc  
e,p*R?Y{[  
3. 模拟 & 设计结果 aY?VP?BL  

Miw=2F  
4. 总结 A|1xK90^XT  
A32Sdr'D  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 yp$jLBA  
(nq""kO6'  
第1步 %i3[x.M  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 = FV12(U  
mxF+Fp~  
第2步 r2+ZxM
o|  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ysK J=  
Ewr2popK  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 b3[[ Ah-  
1aS:bFi`  
应用示例详细内容 n:wAxU  
2HBey  
系统参数 z(Uz<*h8  
7Ko*`-p  
1. 该应用实例的内容 h%u!UHA  
IFew3!{\  
5EQ)pH+  
2. 设计&仿真任务 .hxFFk%5  
VT4>6u}  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 ]!^wB 3j  
qS! Lt3+  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 7K.],eo0  
t^KQv~  
C4ktCN  
4. 参数：SLM像素阵列 kG5+kwV=:  
\F`>zY2$%  
|pBFmm*  
5. 参数：SLM像素阵列 3]9wfT%d  
w=!xTA  
 "O9n|B  
应用示例详细内容 %pOxt<  
RAu(FJ  
仿真&结果 cy!P!t,@  
9]
ZfSn)  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM wAW{{ p  
 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)。 q9{ h@y  
 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。 `u_MdB}<x;  
.YvIVQ  
2. VirtualLab的SLM模块 I>l^lv&[+  

9eHq
Omz  
.p=J_%K}0x  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 DeW{#c6  
 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。 Ws2?sn#x  
XSN=0N!GB  
3. SLM的光学功能 |ITCw$T  
h {Jio>  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 cy?#LS  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 zBq&/?  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 n05GM.|*s  
'lpCwH  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd `_1fa7,z  
o-&0_Z
q_  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 i9qIaG/  
bM?29cs  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd  _}JMBIq$  
/DHV-L  
4. 对比：光栅的光学功能 Tr}XG  
 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。 <6;@@  
 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。 EQpF:@_  
 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)。 ;<T,W[3J  
 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。 }.8yKj^p  
 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。 BUsxgs"),  
F/LMk8RgR  
Vh=U/{Rp1  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd :|ahu  
xj8z*fC;  
5. 有间隔SLM的光学功能 n!SHExBp  
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。 j$lf>.[I  
4bw4!z9G  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd
#ucb  
.)WEg|D0Ku  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 9(!AKKrr;  
aqK+ u.H  
!"RRw&0M  
6. 减少计算工作量 ;-"q;&1e  
9I<~t@q5e@  
采样要求： +`1~
zcu
 
 至少1个点的间隔(每边)。 l. cp[  
 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。 0,@^<G8?  
2T?Y  
采样要求： ^\`a-l^  
 同样，至少1个点的间隔。 a%kvC#B  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 !J@!2S9  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ]=i('|YG  
S!gzmkGcj  
 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。 [S~Bt78d%r  
 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。 [\h?mlG?  
 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)。 `s UY$Q  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 7mXXMm  
IqepR >5t  
7hPwa3D^  
]i0=3H2  
eYlI};  
7. 指定区域填充因子的仿真 t18j2P>`  
n=$ne2/  
 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。 4]p#9`j  
 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。 k
kb+qo  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 &!WRa@x0I  
 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)。 H-u SdT  
;;Z'd@  
j
g
PUR#)  
8. 总结 i_r708ep6  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ]63! Wc  
Rcw[`q3/  
第1步 HRM-r~2:-]  
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。 -
Hw3rv3o  
m0h,!  
第2步 A:Gd F-;[  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 :WQlpLn  
扩展阅读 #l: 1R&F  
扩展阅读 8>x'. 8  
 开始视频 Kj3Gm>B<y  
-    光路图介绍 srO>l ;Vf/  
 该应用示例相关文件： puWMgvv  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ~Sm6{L  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 :KXI@)M