[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) WUi7~Ei}  
.~8IW,[  
应用示例简述 Y!s/uvRI  
d}415 XA  
1. 系统细节 %nc+VL4  
 光源 (C QgT3V  
— 高斯光束 z#*GPA8Em:  
 组件 ae1fCw3k  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 kp;MNRc  
 探测器 oq<#  
— 视觉感知的仿真 q+G1
#5  
— 电磁场分布 +~/zCJ;F  
 建模/设计 &q` =xF  
— 场追迹： !8s:3]  
 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。 Ap>n4~  
AAl`bhx'n  
2. 系统说明 gf@'d
.W}  
sQH.}W$C  
T@HozZ  
3. 模拟 & 设计结果 %I=J8$B]f  
4Y/!V[  
4. 总结 E
m.?  
pcl_$2_  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 O 1X !  
p9sxA|O=y  
第1步 <*5D0q#~"  
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。 |m EJJg`"7  
\)"qN^we  
第2步 1!NaOfP;@  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 BR%:`uiQ<  
]V]o%onW  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 G`W+m*[U+M  
1-[{4{R  
应用示例详细内容 &]c9}Ic  
?3, *  
系统参数 4'8.f5  
Y\x Xo?  
1. 该应用实例的内容 e O}mZN  
Fu><lN7  
~5#7i_%@E}  
2. 设计&仿真任务 V)Xcn'h  
.lnD]Q  
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。 y|mR'{$I  
%?$"oWmenS  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ,J#5Y.  
1|89-Ii]  
%~[F^  
4. 参数：SLM像素阵列 cK } Qu  
\dMsv1\  
jHZ<Gc  
5. 参数：SLM像素阵列 8YJ({ Ou_  
i xyjl[G  
;Os3 !  
应用示例详细内容 m ;vN
A  
J{ Vl2P?@  
仿真&结果 _8>"&1n  
1WKDG~  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM *dl@)~i  
 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)。 'huLv(Uu  
 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。 w?C\YKF7  
M
/qiA.C@W  
2. VirtualLab的SLM模块 >j?uI6Uw  

dd+).*  
s'^#[%EgB  
 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{AD`  
 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。 5*r6#[S\  
1,J.  
3. SLM的光学功能 $b$D[4  
K
na'5L5"  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 5W48z%MN  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 |+bG~~~%j  
 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。 G!IQ<FuY  
#Grm-W9E  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd B+LNDnjO]  
A0ToX) |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。 GwULtRa/  
4Ojw&ys@V  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd bW]+Og  
*GhRU5  
4. 对比：光栅的光学功能 [8w2U%}
]  
 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。 *Y ZLQT  
 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。 \zUsHK?L"t  
 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)。 =!X4j3Cv  
 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。 NsHveOK1.  
 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。 ;=OH=+Rl  
68*{Lo?U  
qg/5m;U  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd d8#j@='a*  
Q/9b'^UJ  
5. 有间隔SLM的光学功能 M)7enp) F.  
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。 I1~g?jpH  
4o3GS8  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd %-Z~f~<?  
\t@`]QzG:  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 (% P=#vZ  
d#Ajb  
/(aX>_7jg  
6. 减少计算工作量 }TW=eu~  
o{p_s0IX;S  
采样要求： |Y11sDa9h  
 至少1个点的间隔(每边)。 \tx/!tA  
 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。 v"+EBfx  
$@)d9u cd  
采样要求： : 4WbDeR  
 同样，至少1个点的间隔。 G m! ]   
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ltR^IiA}  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 }i:'f2/  
*lAdS]I  
 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。  /GUuu  
 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。 wlM ?gQXU[  
 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)。 ~x:]ch|  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 tqCg<NH.!m  
Fr3t[:D  

$lA,{Q  
I:<R@V<~#  
;7k7/f:  
7. 指定区域填充因子的仿真 4 G[hU4L  
[Gy'0P(EQ  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 >iN%Uz  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 sEyl\GL  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。
-d'|X`^nE  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 I>Q,]S1h  
h+D=/:B  
I;H9<o5  
8. 总结 a HL '(<  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 @98SC}}u  
J94YMyOo  
第1步 ? M_SNv  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 yW?%c#9D  
 LB7I`W  
第2步 oH0F9*+W  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 98'XSL|  
扩展阅读 W%K8HAP"  
扩展阅读 L$Ar]O)  
 开始视频 Ilb |:x"L  
-    光路图介绍 bGc|SF<V  
 该应用示例相关文件： $#3<rcOq  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 s,H(m8#>  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 >[4|6k|\x