[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) P.gb1$7<  
`OSN\"\ad  
应用示例简述 !47n[Zs  
1GzAG;UUo6  
1. 系统细节 k:7(D_  
 光源 -GxaV #{  
— 高斯光束 -'6Dg  
 组件 2}8v(%s p  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 XI^QF;,  
 探测器 dAuJXGo  
— 视觉感知的仿真 $|8!BOx8t  
— 电磁场分布 l\i)$=d&g  
 建模/设计 ~3<> 3p  
— 场追迹： 
EFz&N\2  
 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。 ]\
|VpIg  
'inFKy'H  
2. 系统说明 5{g?,/(  
rW$[DdFA5{  
@;"|@!l|  
3. 模拟 & 设计结果 }}59V&'t  
A}l3cP; `#  
4. 总结 kGl~GOB a  
>7 ="8  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4t=G   
vam;4vyu  
第1步 r]6
C  
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。 RCpR3iC2  
vX.VfY  
第2步 mHRiugb!  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 }~L.qG  
:>5@cvc  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 -q

Ga]a  
P5UL4uyl  
应用示例详细内容 uLV#SQ=bZN  
*}*FX+px)  
系统参数 .6Pw|xu`Pw  
U>Slc08N  
1. 该应用实例的内容 F1yqxWHeo  
,>%}B3O:Y=  
Vh4X%b$TV  
2. 设计&仿真任务 ~nay"g:  
'd9INz.  
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。 8]9%*2"!  
$|@ (  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 HMNLa*CL'  
"]} bFO7C  
Iy&!<r7:]0  
4. 参数：SLM像素阵列 fumm<:<CLO  
fbe[@#:  
J| w>a  
5. 参数：SLM像素阵列 Tw-;7Ae  
GBPo8L"9  
|Y,b?*UF  
应用示例详细内容 asppRL||  
Li4zTR|U  
仿真&结果 b0Ps5G\ u  
,?^ p(w  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM k5'Vy8q  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 sYI-5D]  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 V2wb%;q  
iP7(tnlW$  
2. VirtualLab的SLM模块 zBzZxK>$  

"ut39si  
)"7iJb<E  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 \!.B+7t=I  
 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。 *nkoPVpC  
i9,geQ7d  
3. SLM的光学功能 <Zmg#  
-(;26\lE  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 gCB |DY  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 )vE~'W  
 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。 Rl?_^dPx  
c(xrP/yOwi  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ;U+3w~  
12b(A+M   
 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。 LTQ"8  
4V)kx[j  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd "R;U/+  
8e1UmM
[  
4. 对比：光栅的光学功能 =O5pY9UO  
 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。 &5B'nk"  
 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。 3u+T~g0^  
 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)。 y51e%n$  
 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。 / *#r`A  
 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。 z]_wjYn Z  
^@s1Z7  
Y!w`YYKP  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd "jKY1*?  
KQ!8k
s]  
5. 有间隔SLM的光学功能 84& $^lNV  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 "^})zf~_  
On9A U:\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd PUMXOTu]  
k8&;lgO'  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 FrfM3x6UM  
P64PPbP  
]8_NZHld  
6. 减少计算工作量 *K8$eDNZ  
\kL3.W_  
采样要求： 8mvy\l EEH  
 至少1个点的间隔(每边)。 aFX=C>M  
 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。 P^~yzI  
_^Ubs>d=*  
采样要求： itt3.:y  
 同样，至少1个点的间隔。 ;#W2|'HD  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 }c,}V  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 C!<Ou6}!b  
t6"%3#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。 %HhnSi1K  
 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。 l`lk-nb  
 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)。 [6Izlh+D  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 v!~fs)cdE|  
3)<yod=  
i &nSh ]KK  
f643#1  
y&$A+peJ
1  
7. 指定区域填充因子的仿真 :1QI8%L'$i  
@1roe G  
 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。 D
N>[\hg  
 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。 EHJ.T~X  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 :%=Xm   
 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)。 Ko<:Z)PS  
,f%S'(>w  
UERLtSQ  
8. 总结 z#wkiCRYm  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 8b&/k8i:  
5{X<y#vAC0  
第1步 lfow1WRF  
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。 y'.p&QH'`  
Woym/[i  
第2步 PO:{t  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 A:%`wX}  
扩展阅读 Q->sV$^=T  
扩展阅读 -$ls(oot  
 开始视频 F0TB<1  
-    光路图介绍 W:2( .?  
 该应用示例相关文件： +5*95-;0  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 `Y$4 H,8L  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 *Hn8)x}E