[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) Em~7D]Y  
KjFZ  
应用示例简述 MekT?KPQ{L  
:"M9*XeHO  
1. 系统细节 ,]~u:Y}  
 光源 l-<3{!  
— 高斯光束 v%
H"_T  
 组件 r/mA2  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 <X:Ud&\  
 探测器  OLk9A  
— 视觉感知的仿真 ruZYehu1W  
— 电磁场分布 t{/:(Nu  
 建模/设计 Zz"I.$$[M  
— 场追迹：
l;XU#6{  
 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。 zyaW3th  
ZB~l2  
2. 系统说明 u:_sTfKm&  
GXT]K>LA
 
ZhhI@_sz  
3. 模拟 & 设计结果 8g<Q5(  
X|X4L(i  
4. 总结
EX[B/YH  
~hS3*\^~M  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Ho|o,XvLv  
XMt u"K  
第1步 !OPSSP]-  
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。 NFB*1_m  
w+t#Yb\7  
第2步 lbQ6 a  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 lemVP'cn
 
GxYW4b  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 dv"as4~%  
gO+\O  
应用示例详细内容 }czsa_  
5JS ZLC  
系统参数 8{R&EijC  
S4L-/<s[*  
1. 该应用实例的内容 ;c1relR2  
F(d:t!  
TG1P=g5h  
2. 设计&仿真任务 yt. f!"  
8$\Za,)g  
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。 t
(}/g  
A/!<kp{S  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 inYM+o!Ub  
2Oyy`k  
lwVk(l Z  
4. 参数：SLM像素阵列 8jRs=I  
:%N*{uy  
tC^ 1}  
5. 参数：SLM像素阵列 },ra
v]  
zm3-C%:Bw  
YnSbw3U.I  
应用示例详细内容 OFL
|RLiD  
>L^xlm%7o  
仿真&结果 gdl| ^*tc  
S"zk!2@C  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM xZX`%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)。 `3J':Vh  
 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。 RL6Vkd?  
xPt*CB  
2. VirtualLab的SLM模块 }7.#Dj/r6  

"lTZ|k^  
cg,Ua!c  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 jO=*:{#x  
 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。 _mXs4  
Zb."*zL  
3. SLM的光学功能 YJd8l>mz  
<|a=hHPi:  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 'f*O#&?  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 t)} \9^Uo  
 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。 #EJP(wXa  
6a*83G,k  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd '99@=3AB:`  
\QGa4_#  
 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。 wZjlHe  
#1[z;Mk0  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd B52yaG8C  
1fY>>*oP  
4. 对比：光栅的光学功能 gXt O*Rfqk  
 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。 +Qs!Nhsq  
 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。 _42Z={pZZq  
 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)。 vG~+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。 }~F~hf>s  
 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。 9*\g`fWc}{  
=2%VZE7Vm  
+"8}R~`!  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 9OyNi  
]v\^&7pW  
5. 有间隔SLM的光学功能 XFQNr`  
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。 Jt]&;0zn2  
-w]/7cH  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd @r<b:?u  
$3k "WlRG  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 :3^dF}>  
d;=u  
Efx=T$%^&  
6. 减少计算工作量 `*aBRwvK~  
t`YWwI.  
采样要求： z]=8eV\  
 至少1个点的间隔(每边)。 .x-J44i@/  
 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。 _R^y\1Qu  
^"x<)@X  
采样要求： qSTWb%  
 同样，至少1个点的间隔。 zTY;8r+  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 SE)nD@:  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 d>|;f  
Uw)=WImz[  
 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。 YJ,*(A18  
 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。 s8vKKvs`9  
 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)。 l5k?De_(x  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 NiA4JgM]v  
fx)KNm8Lx  
=7 w>wW-  
R0wf#%97  
()\jCNLT  
7. 指定区域填充因子的仿真 "3}<8c  
9S>g6}[E#0  
 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。 >zngJ$  
 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。 [T^?Q%h  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 g_aCHEFBv  
 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)。  hw=GR_,  
1nI^-aQ3  
{^m
Kvc  
8. 总结 ?djQZ*  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 rN5tI.iC  
ashar&'  
第1步 zN!j%T.e  
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。 V%NeZ1{ e  
H}ZQ?uK;  
第2步 |PP.<ce\-  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 a#[-*ou`  
扩展阅读 YGk9b+`  
扩展阅读 cb$-6ZE/  
 开始视频 #;Tz[0  
-    光路图介绍 O{]9hm(tN  
 该应用示例相关文件： I=IjdwbH  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 <9eu1^g  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 41Ve}%