[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) O-vGyNxP|  
#mR4fst  
应用示例简述 #$~ba%t9%  
h-a!q7]l  
1. 系统细节 }TRAw#h  
 光源 x}/,yaWZ  
— 高斯光束 |!|^ v  
 组件 <^.=>Q0S\  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 y
fQ5:X  
 探测器 5 *}R$  
— 视觉感知的仿真 n>3U_yt6b  
— 电磁场分布
Kyt)2p  
 建模/设计 KT|R
F  
— 场追迹： ] H~4  
 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。 vgt]:$  
c:S] R"  
2. 系统说明 8kE]_t  
FLal}80.o:  
WFR?fDtE  
3. 模拟 & 设计结果 ,&PE6hn  
[u@Jc,  
4. 总结 !J1rRPV  
zepop19  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 %V&n*3  
RpG+>"1]  
第1步 :a8 YV!X  
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&$d* E  
c$S{^IQ  
第2步 #1c]PX  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 }<@j'Ok}.  
dG QG!l+>  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 )M=ioE8`h  
3K&4i'}V  
应用示例详细内容 spU)]4P&  
^L1L=c;,  
系统参数 R_]{2~J+  
N#V.1<Y  
1. 该应用实例的内容 2 &/v]  
5Dp#u  
!Bz0^1,L  
2. 设计&仿真任务 rWys'uc  
OJT1d-5p  
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。 ELrsx{p:  
nKR{ug>I)  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ERwHLA  
i 8!zu!-0  
(npj_s!.C)  
4. 参数：SLM像素阵列 .)1_Ew  
tqAd$:L  
+[\eFj|=  
5. 参数：SLM像素阵列 4=uhh  
&<zd.~N"  
$VAx:Y|  
应用示例详细内容 0!
[ +Q4"  
T|&[7%F3"  
仿真&结果 &aM7T_h8  
FYs)MO  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM PcB_oG g  
 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)。 #T`t79*N  
 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。 d]9U^iy  
jq'!UN{  
2. VirtualLab的SLM模块 l4T7'U>`  

80A.<=(=.  
&`b "a!  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Cs2;z:O]  
 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。 N@B9 @8h  
'`'GK&)  
3. SLM的光学功能 (E,T#uc{  
R+gz<H.Q  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 B?VhIP e  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 sNun+xsf^  
 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。 XdH\OJ  
rt JtK6t  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ]weoTn:  
zy*/T>{#  
 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。 hdTzCfeZ5@  
S9HwIH\m  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd \OlmF<~  
:JlP[I  
4. 对比：光栅的光学功能 f#ri'&}c :  
 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。 JNcYJ[wqv  
 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。 d[rv1s>i  
 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)。 XMG]Wf^%\<  
 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。 %s19KGpA  
 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。 ZiLj=bh  
j,]Y$B  
UGK*Gy  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd F R|&^j6  
phO;c;
y}  
5. 有间隔SLM的光学功能 zbJT&@z  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 YBh'EL}P  
e<r,&U$  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd O|_h_I-2  
HSq}7S&U  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 r(gXoq_w  
.F+@B\A<  
 TX  
6. 减少计算工作量 ||yzt!n  
I-OJVZ( V  
采样要求： LdJYE;k Ju  
 至少1个点的间隔(每边)。 ws4cF N9P?  
 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。 n]he-NHP  
eYx Kp!f  
采样要求： [$[:"N_  
 同样，至少1个点的间隔。 +{
/  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 7g_]mG[6  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 I!^O)4QRx  
HV<Lf 6gE  
 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。 vTn}*d.K=  
 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。 4`,j=3  
 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)。 `-LGU7~+  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 s=CK~+,/  
X.:]=,aGW  
bJs9X/E  
&r:7g%{n  
gCyW Vp  
7. 指定区域填充因子的仿真 ,a#EW+" Z  
j
lxpt)0i  
 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。 y+7PwBo%e  
 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。 <tioJG{OT  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 u]OW8rc  
 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)。 =FD;~  
}V\N16f  
Kv~U6_=1O  
8. 总结 g:EVhuK  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 cph:y  
G}p\8Q}'  
第1步 )2M>3C6>f  
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。 8g7<KKw  
m4*@o?Ow  
第2步 @e{^`\l=<  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 NF? vg/{  
扩展阅读 a0Zv p>Ft  
扩展阅读 |ZQ@fmvL/p  
 开始视频 U,LTVYrO  
-    光路图介绍 PdvqDa8  
 该应用示例相关文件： 7x<i :x3  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 =z8f]/k*>  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 M8u<qj&<O