[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) |'J3"am'  
,S8Vfb &  
应用示例简述 Ky'^AN]  
L fi]s  
1. 系统细节 *dQRs
6  
 光源 H{V-C_  
— 高斯光束 m0edkt-x  
 组件 PU>;4l  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 m=K XMX  
 探测器 :vr,@1c  
— 视觉感知的仿真 2ReulL8j  
— 电磁场分布 kj8zWG4KH  
 建模/设计 (r|T&'yK  
— 场追迹： =MXF`k^}  
 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。 <V,?!}V  
!Q#b4f  
2. 系统说明 p"JSYF 9]  
eS"gHldz  
0{,zE  
3. 模拟 & 设计结果 GGBe/X  
ZJ4"QsF  
4. 总结 zZxP= c  
Za} |Ee  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ke%zp-2c
 
)_=&)a1U  
第1步 I45A$nV#Q  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 qYh,No5\;t  
daorKW4  
第2步 :b>|U
"ux  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 x B?:G  
TM}F9!*je  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 29]8[Z,4  
9t[278B6  
应用示例详细内容 N!v@!z9Mu  
UVLcR  
系统参数 {$t*Mb0  
^Pf&C0xXv  
1. 该应用实例的内容 zbR.Lb  
EH3G|3^xz  
)k1,oUx  
2. 设计&仿真任务 w?*KO?K  
Mz^s^aJEE  
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。 N|j.@K  
qh'BrYu*  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 L7g&]%  
<It7s1O  
3oKGeB;Ja  
4. 参数：SLM像素阵列 HLk"a-+'  
</Id';|v  
NQJqS?^W&M  
5. 参数：SLM像素阵列 C{Ug ?hVP  
s,v#lJ]d0W  
V[M#
qZS  
应用示例详细内容 L8zqLDi&  
=s]{  
仿真&结果 ]*@$%iCPE  
J){\h-4  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM  ]mj+*l5  
 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)。 ,OCTm%6e  
 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 q]~e  
IpJv\zH7  
2. VirtualLab的SLM模块 h6e$$-_  

iq:[+
  
EAB+kY  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 `.W;ptZ6  
 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。 % 4"~O _S  
3R*@m  
3. SLM的光学功能 WS/+Yl  
eW)I}z+{  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 S7/v,E  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 UK>=y_FYO  
 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。 ~BZV:Es  
Bqi2n'^O2  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd /&d`c=nH  
yTt (fn:;  
 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。 h3EDN:FQ  
--YUiNh
h  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd l&Ghs@>Kl  
6a7iLQA  
4. 对比：光栅的光学功能 @%nUfG7T
Q  
 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。 +fQL~0tA  
 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。 $F7gH  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 AdW2o|Uap  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 '?gIcWM  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 r)]CZ])  
[0ffOTy  
].P(/~FS9  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd h&M RQno  
Qz(T[H5%W  
5. 有间隔SLM的光学功能 (OcNC/9  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 RhNaYO  
wV&f|JO0+  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd nvK7*-  
F]A~~P  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 @1&;R  
j4xr1y3^  
j~S!!Z]  
6. 减少计算工作量 KbdfSF$  
nl9Cdi]o  
采样要求： 62l0 Z-  
 至少1个点的间隔(每边)。 '#i]SU&*  
 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。 ^=Ct Aa2  
XH:gQ9FD  
采样要求： _#D\*0J  
 同样，至少1个点的间隔。 $`5lvy^  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 {/A)t1nL  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 kad;Wa#h  
Ipz 1+ #s'  
 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。 \_Kt6=
  
 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。 BZ;}ROmqk  
 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)。 <%>n@A  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 (d'j'U:C  
QYTTP6 Gz+  
A]iv
)C;]  
y{`(|,[  
)ehB)X  
7. 指定区域填充因子的仿真 }K/}(zuy1Y  
.eabtGO,  
 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。 ('**nP  
 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。 ;*-@OLT_K  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 t&9as}  
 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)。 V4eng "  
Wz-3?EQ  
w38c  
8. 总结 8PoH
BOxpc  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 hX8gV~E=y  
;o)=XEh8P  
第1步 U+*oI*  
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。 HZDaV&)@  
}(+=/$C"#  
第2步 6L8tz8  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 K=c=/`E  
扩展阅读 /NW>;J}C  
扩展阅读 xxoHH#a  
 开始视频 A3MZxu=':3  
-    光路图介绍 ii_|)udz  
 该应用示例相关文件： jom}_  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Ig02M_  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 5 dfe@$