[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) F 7+Gt Ed  
#"|Y"#@k  
应用示例简述 f(q
^R  
:nki6Rkowt  
1. 系统细节 U85t !U  
 光源 d
R2#n  
— 高斯光束 ~7PPB|XY  
 组件 | >xUgpQi  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 MsOO''o  
 探测器 Zf;1U98oC  
— 视觉感知的仿真 ]>h2h?2te  
— 电磁场分布 `X?l`H;#  
 建模/设计 _%Q\G,a;  
— 场追迹： rtcY(5Q  
 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。 2%g)0[1  
C:/ca)  
2. 系统说明  8.D$J  
@ ?y(\>  
s+?r4t3H!  
3. 模拟 & 设计结果 k)\Yl`4au  
}x% ;y]S  
4. 总结 P\bW kp0  
vGWX=O  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 PQAN,d  
>*%ySlZbs  
第1步 MNip;S_j  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 4&/u1u0  
UNLy{0tA  
第2步 mMO:m8W  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 rly3f  
2&fIF}vk>m  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 -[OGZP`8  
N,|:=gD_  
应用示例详细内容 Y}(#kqh>  
%Bg} a  
系统参数 30]?Jz6m  
u#XNl":x  
1. 该应用实例的内容 0hcrQ^BB!b  
>69xl^Gd  
xin<.)!E  
2. 设计&仿真任务 M9*7r\hqYV  
En3Q%  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 7dI+aJ  
X tZ0z?  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Bn*D<<{T  
&k(t_~m>  
W|~Lmdzj  
4. 参数：SLM像素阵列 zllY$V&<!  
~=(?Z2UDA_  
]qL#/ 
 
5. 参数：SLM像素阵列 ?1}1uJMj-  
}K9Vr!  
{y=H49  
应用示例详细内容 {6'5K U*RH  
: :8UVLX  
仿真&结果 {c
|nIwdB  
> taT;[Oa  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM _={*<E  
 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)。 $6atr-Pb  
 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。 9ET2uDZpL  
\^SL Zhe  
2. VirtualLab的SLM模块 Y>Q9?>
}Q  

Rj9ME,u  
=UA-&x@  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 {'G@-+K  
 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。 /78gXHv  
VcIsAK".4[  
3. SLM的光学功能 `ysPEwA|  
K97lP~Hu  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 *ghkw9/  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 CF>k_\/Bj  
 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。 #wbaRx@rc  
sLzcTGa2:z  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd >[,Rt"[V  
2fTkHBhn&  
 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。 ~ C6<75  
8e)k5[\m  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd c3&F\3  
ja70w:ja  
4. 对比：光栅的光学功能 d|]F^DDuI  
 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。 r Y|'<$wvg  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 #*#4vMk<  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 8dq{.B?  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 D|9C|
q  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 }qT @.  
%l[Cm4  
:1eI"])(  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 8qp!S1Qnv  
r0l ud&_9  
5. 有间隔SLM的光学功能 6 +^V  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 A2qus$  
*fW&-ic  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd  a)PBC{I  
:Y(Yk5  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 lF5;Kc  
:ZL;wtT
  
(\.[pj%-O  
6. 减少计算工作量 -'3vQXj&  
n_AW0i.  
采样要求： ^
i&/k  
 至少1个点的间隔(每边)。 _Akc7"  
 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。 zA9N<0[]o  
F*>:~'%  
采样要求： 7xB#)o53  
 同样，至少1个点的间隔。 JM -Tp!C>  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 7!hL(k[  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 c)#b*k,lw<  
5H:NY|  
 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。 yfiRMN"2  
 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。 +cheLc  
 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)。 _a8^AG  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 IE: x&q`3  
X}0NeG^'O  
o DPs xw  
%;^[WT`,  
Thn-8DT  
7. 指定区域填充因子的仿真 p*_g0_^  
a36n}R4Q  
 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。 LTS3[=AB  
 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。 B{H;
3{0  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 fW!~*
Q  
 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)。 y&t&'l/m  

\r^=W=  
P9:7_Vc  
8. 总结 hUSr1jlA  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 #p&iH9c_  
%bZ3^ ub}t  
第1步 s#&jE GBug  
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。 k
)Z?  
($7>\"+Tl  
第2步 RR{]^g51  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 pwT|T;j*  
扩展阅读 (3 8.s:-  
扩展阅读 <5@+:7Dv  
 开始视频 2U2=ja9:Y  
-    光路图介绍 TGdD7n&Ehh  
 该应用示例相关文件： !-2nIY!  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 [X
#bDO<t  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 DGO_fR5L