[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) 6-I'>\U~  
: 'c&,oLY  
应用示例简述 >bxS3FCX  
yZRzIb_  
1. 系统细节 q@&6#B  
 光源 H.c7Nle  
— 高斯光束 u"8yK5!  
 组件 1,~D4lD|  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 OPi

0~s  
 探测器 `gJ(0#ac  
— 视觉感知的仿真 S:Hl/:iV  
— 电磁场分布 \8 ":]EU  
 建模/设计 nEfK53i_  
— 场追迹： (ZGbhMK  
 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。 U(Zq= M  
]yu:i-SfP  
2. 系统说明 y2v^-q3  
XkqCZHYkS  
;*N5Y}?j'  
3. 模拟 & 设计结果 :A
l!1BJQ
 
2|,VqVb  
4. 总结 cR{#V1Z  
~dSr5LUD  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ~@!bsLSMU  
%)|s1B'd  
第1步 yX5\gO6G  
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。 B[}6-2<>?C  
N;R^h? '  
第2步 =v\.h=~~  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 n|hNM?v  
O2+6st  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 lFkR=!?=  
~>G^=0LT  
应用示例详细内容 FsPw1A$y  
<$YlH@;)`a  
系统参数 u?"Vm  
. me;.,$#  
1. 该应用实例的内容 "&] -2(  
Kq!3wb;  

t:S+%u U  
2. 设计&仿真任务 #G3<7PK  
gIfh3D=yX  
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。 IgzQr>  
YR70BOxK  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 [ )F<V!  
5(2;|I,T  
h;Qk@F  
4. 参数：SLM像素阵列 7=uj2.J6  
N mG#  
[Pp'Ye~K@c  
5. 参数：SLM像素阵列 8|^7ai[am  
MA\V[32H  
LD?sh
"?b  
应用示例详细内容 "4Nt\WQ  
Q59su
L   
仿真&结果 #Y!a6h+  
YUb_y^B^  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM @WhHUd4s  
 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)。 Mt$ *a  
 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。 TC('H[ ]  
Sdo-nt  
2. VirtualLab的SLM模块 s"|Pdc4  

z}<^jgJ  
x;S @bY  
 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,Z<^5a)g  
 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。 =|=(l)8  
~o(   
3. SLM的光学功能 kM6 Qp  
m
5.Zu.  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 GdwVtqbX  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 9?$i?  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 =l6mL+C  
}k0_5S  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd gi8FHSU|G  
M:8R-c#![  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 !if   
c$,P ~Ws'  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd oDR%\VY6T  
W!X@  
4. 对比：光栅的光学功能 9x8fhAy}4  
 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。 8}[).d160  
 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。 s%S  
 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)。 Y73C5.dNcE  
 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。 do%&m]#;  
 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。 yevPHN"M  
pRqx`5 }  
j.Hf/vi`z  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd hM{bavd  
PsYpxNr  
5. 有间隔SLM的光学功能 eavV?\uV%  
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。 zda 3 ,U2o  
3mgD(,(^  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd F847pyOJnf  
&&+H+{_Q  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 s*[bFJwN  
53D]3  
E.TAbD&5(  
6. 减少计算工作量 :]KAkhFkbb  
|N2#I
tBbW  
采样要求： s#11FfF`  
 至少1个点的间隔(每边)。 l;Wj]  
 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。 2 nCA<&  
vQCy\Gi  
采样要求： \85i+q:LuA  
 同样，至少1个点的间隔。 "[J^YKoF  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。
WE?5ehEme  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 tA;}h7/Lc~  
WJ#[LF!e  
 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。 Tbq;h?D  
 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。 XTyxr  
 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)。 KPF1cJ2N  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 QV!up^Zso  
,F|f. 7;  
5+'<R8{:,  
RP"kC4~1  
ueudRb  
7. 指定区域填充因子的仿真 ;TYBx24vD'  
l**X^+=$  
 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。 _XBd3JN@
 
 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。 /xhKd]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。 CTb%(<r  
 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)。 5O%{{J  
qm}@!z^  
A"]YM'.  
8. 总结 ^W^OfY  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 >6T8^Nt  
>7|VR:U?B  
第1步 eFgA 8kY)  
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。 occ7zcA  
4dlGxat  
第2步 Tk
}]Gev  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 A^g(k5M*  
扩展阅读 TOt dUO  
扩展阅读 ;l+Leex  
 开始视频 gdc<ZYcM  
-    光路图介绍 2G7Wi!J  
 该应用示例相关文件： aN?zmkPpov  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 [JiH\+XLPs  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 qGo.WZ$