[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`/('}t  
@>~\So|  
应用示例简述 "cBqZzkk9j  
nIfAG^?|*  
1. 系统细节 7_)38  
 光源 L1(-xNUo_i  
— 高斯光束 p19@t
o5l  
 组件 ceCO*m~  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 &Q}%
b7  
 探测器 6\K\d_x  
— 视觉感知的仿真 :@-yK8q's  
— 电磁场分布 aD'Ax\-  
 建模/设计 i+~BVb  
— 场追迹： Y0EX{oxt1  
 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。 Xfqin4/jC  
9=T;Dxn  
2. 系统说明 M | "'`zc  
['pO=ho  
(6a<{  
3. 模拟 & 设计结果 a9{NAyl<oo  
;sAGTq  
4. 总结 v;;3 K*c>  
2; ,8 u  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 J!5b~8`v  
_<sN54  
第1步 o}/|"(K  
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。 D
QXcf*R  
il!B={  
第2步 ,&M#[>\(3  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 .43cI(  
M")/6PH8  
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\.$4N  
~ *"iLf@,  
应用示例详细内容 vWeY[>oGur  
kI@<H<  
系统参数 gSw<C+  
]|,}hsN  
1. 该应用实例的内容 m26YAcip}  
nC%qdzT  
(Ll'j0]k>  
2. 设计&仿真任务 U887@-!3  
+M_
_\7  
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。 S-gO  
=dKjTBR S'  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 L_vl%ii-  
h ka_Fo  
pl1CPxSdO  
4. 参数：SLM像素阵列 Bh cp=#  
^4"AWps  
YkB@fTTS
 
5. 参数：SLM像素阵列 _\tv ${  
w@cW`PlF  
xt,Qn460;  
应用示例详细内容 JVy|SA&R  
v=lW5%r,'  
仿真&结果 }a~hd*-#  
e]88 4FP  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ;2&"
 
 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)。 jLVD37 P^  
 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。 H2Wlgt  
\-;f<%+  
2. VirtualLab的SLM模块 n^ fUKi*;  

~:T@SrVI  
, %z HykP  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ztSQrDbbb4  
 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
C??e{  
a0sz$u  
3. SLM的光学功能 h`1<+1J9  
\b(&-=(  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 -~~h1  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 DWKQ>X6  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 *qO)MpG{  
Z)E)-2U$@  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd G)}[!'<rR  
Ri"hU/H{  
 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。 X=]utn  
Kh$"5dy  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd =#W:z.w  
T*C25l;w  
4. 对比：光栅的光学功能 H2R3I<j  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 #lvt4a"P"  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 ZuGd{p$  
 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)。 <nbklo  
 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。 * CR#D}F  
 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。 /C
sP@f_Gw  
Vl5>o$G|<.  
Y#68_%[  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd <L qJg
  
C-c'"F
Hq  
5. 有间隔SLM的光学功能 MBA?, |9Q#  
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。 kpn|C 9r  
2n@`Og_0  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ktTP~7UVi  
wX]$xZ!s  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Ju47}t%HB  
{ac$4#Bp[B  
B0Wf$ s^7t  
6. 减少计算工作量 ^{MqJ\S7H  
xNOKa*  
采样要求： 8~C}0
H  
 至少1个点的间隔(每边)。 ftPps-  
 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。 Yt
(FSb31H  
?{f6su@rW  
采样要求： 15j5F5P   
 同样，至少1个点的间隔。 %BkE %ZcZ  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 L4/ns@e  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 X#$ oV#  
?(=|!`IoO  
 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。 KUZi3\p9W>  
 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。 q\o#<'F1J  
 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)。 z U[pn)pe  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Zwc&4:5%  
tz;o6,eb  
u5}:[4N%I  
NzQvciJ@"  
9S]pC?N]E  
7. 指定区域填充因子的仿真 qK%N{ro[{?  
Opu*i  
 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。
% E1r{`p  
 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。 [#gm[@d,  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ,nteIR'??  
 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)。 'W_NRt:  
$GRw
k>N  
_D4qnb@  
8. 总结 '/HShS!d  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 L.@$rFhA  
c2g
[w;0"  
第1步 ^aAs=KditO  
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。 n>.@@  
ek]JzD~w$  
第2步 2: gh q  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 wL),/i&<  
扩展阅读 ;F@Sz/  
扩展阅读 1w7tRw  
 开始视频 jV*10kM<  
-    光路图介绍 C%yH}T\s  
 该应用示例相关文件： TzaeE  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 GqCBD-@4v.  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 AQjv? 4)T