[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) &%;K_asV;  
X< 4f7;]O  
应用示例简述 'wjL7PI  
fjLS_Q ;h  
1. 系统细节 C zxF  
 光源 <_#a%+5d  
— 高斯光束 ]SL0Mn g8  
 组件 |W*i'E  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 5OC{_-  
 探测器 <xh";seL  
— 视觉感知的仿真 c^7QiTt_  
— 电磁场分布 g]9A?#GyE  
 建模/设计 k3UKGP1  
— 场追迹： F/:Jp3@  
 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。 \+>g"';f  
N*'d]P2P`J  
2. 系统说明 ?@H/;hB[|  
~y>NJM>1  
ZDr&Alp)o  
3. 模拟 & 设计结果 l{t! LTf;  
[4b_`L  
4. 总结 lj 2OOU{  
&6^QFqqW`-  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 PDhoCAh !  
-op(26:W<  
第1步  lx&;?QQ  
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。 [Mp8"  
b$N&sZ  
第2步 O[^u<*fi{  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 mH9_HK.C  
^gY3))2_  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 hw0u?++  
_e$T'*q  
应用示例详细内容 .iZo/_  
V?N8 ,)j  
系统参数 frUO+  
TSUT3'&~p  
1. 该应用实例的内容 Z?)=4|  
=4804N7  
f~{4hVA  
2. 设计&仿真任务 R_B`dP<"~Y  
/yFs$t>9  
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。 2-_d~~O1N  
c. 06Sw*  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 \pVWYx  
@"L*!  
CQ:38l\`gd  
4. 参数：SLM像素阵列 b
>f{o_  
&nfG
Rb  
O^sOv!!RH/  
5. 参数：SLM像素阵列 @]@6(To  
v_I)eac
z  
$kd9^lj#[  
应用示例详细内容 |yVveJ  
{!NXu  
仿真&结果 @<C<rB8R  
X%  X &<  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM E@7);i5K  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 d'2q~  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 lFbf9s:$B  
;CLOZ{  
2. VirtualLab的SLM模块 #GOL%2X  

IRIYj(J  
UpS7>c7s  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 v6KRE3:V  
 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。 agj_l}=gO  
#T$yQ;eQ  
3. SLM的光学功能 mH/9J  
< m/@_"  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 3h`_Qv%g  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 G!.%Qqs  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 r0
,XR  
=p>IP"HJ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd G1G*TSf  
FS7@6I2Ts  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 1s6L]&B  
]h?p3T$h  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd uc]`^,`2/  
f8S!FGiNc  
4. 对比：光栅的光学功能 4}Dfi5:   
 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。 .^V9XN{'a  
 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。 ]La~Bh6;m  
 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)。 JXq l=/%  
 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。 giORc   
 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。 9qI#vHA  
PdSYFJM  
'?uwUBi  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ^!rAT1(/_  
3NSX(gC%  
5. 有间隔SLM的光学功能 dzs(sM=  
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。 {8T/;K@  
"-R19SpJKh  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 1fqJtP6  
cjwc:3 CM  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 kV:T2}]|H  
l$ufW|  
lw=
!v%L  
6. 减少计算工作量 >,a$)z  
F}c}I8Ao
  
采样要求： 8 t`lRWJ  
 至少1个点的间隔(每边)。 J=6( 4>  
 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。 hj,yl&  
1C+d&U  
采样要求： Sy"!Q%+|  
 同样，至少1个点的间隔。 HcCT=x7:  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 N~tq]  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Td5yRN! ?  
hw2Sb,bY  
 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。 1.I58(0~+  
 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。 `oOVR6{K9  
 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)。 nd~O*-uYg  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 4WP@ F0@n3  
'a G`qPB  
<op|yh3Jkk  
)`K!XX$%  
zI"1.^Trn  
7. 指定区域填充因子的仿真 T\w{&3ONm  
eXi}-~o  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 LG;U?:\  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 P(aN6)D  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 *K;s*-|U  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 `X%Qt~  
22@w:  
_*++xF1  
8. 总结 ou=33}uO  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 a/xnf<(H  
''H;/&nDX  
第1步 /kAbGjp0  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 w+gPU1|(r  
GDYFhH7H  
第2步 cC]lO  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 b<j*;n.  
扩展阅读 v(
;n|=O  
扩展阅读 sp6A*mwl  
 开始视频 [:8+ +#KD  
-    光路图介绍 q9(Z9$a(\  
 该应用示例相关文件： DFp">1@`PR  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 }aL&3[>>  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 LoW}!,|