[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) .)[E`a  
,;}
   
应用示例简述 IW
!x!~e  
uSR%6=$  
1. 系统细节 ,nYa+
e  
 光源 T+Re1sPr?  
— 高斯光束 .zZfP+Q]8  
 组件 6Sd:5eTEQ  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 M}o.= Iqa  
 探测器 s?}qi
a\~m  
— 视觉感知的仿真 ^5]9B<i[Y  
— 电磁场分布 [Ix6ArY  
 建模/设计 HDKF>S_S  
— 场追迹： Jn{)CZ  
 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。 9ia&/BT7"z  
-Ct+W;2  
2. 系统说明 tRU/[?!  
dY}5Kmt  
A x8>  
3. 模拟 & 设计结果 u W,J5!  
?<t?G  
4. 总结 pP.`+vPi  
]~]TZb  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 mh"PAp  
;g?PK5rB(  
第1步 .)tQ&2  
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。 @
xdtl{5G  
 dHx4yFS  
第2步 x} =,'Ko}3  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 @Dsw.@/  
O:GPuVb\  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Ag0 6M U  
eg*aVb  
应用示例详细内容 OSO
MFt  
h$`m0-'  
系统参数 bMc
[0  
#L!`n)J"  
1. 该应用实例的内容 &w^9#L  
Os[z>H?  
l7T?Yx j  
2. 设计&仿真任务 ;V~x[J|x  
&V axv$v}  
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。 !)oQ9,N  
rEp\ld  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 [H\0 '  
a:*N0  
/D9#v1b  
4. 参数：SLM像素阵列 *Jcd_D\-(1  
1^]IuPxq  
"\Dqtr w  
5. 参数：SLM像素阵列 1:<n(?5JI  
pvsY 0a@4  
pFd{Tdh  
应用示例详细内容 j9c:SP5  
Y*9
vR~#H  
仿真&结果 Fp?M@  
E2}X[EoBF  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM yD\Kn{  
 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)。 !lg_zAV  
 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。 M3UC9t9]  
?r|iZKa  
2. VirtualLab的SLM模块 .I|b9$V  

8)iI=,T*  
._p2"<  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Z/ml,4e  
 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。 B7qi|Fw  
hB<(~L?A]  
3. SLM的光学功能 jXmY8||w  
8[@Y`j8  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 |#t^D.j  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ]Rf$&7`g{  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 )/!HI0TU  
3`D*AFQc  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd {TJ"O  
;XNC+mPK  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 C+!=C{@7di  
B:i$  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd |4BD  
ShtV2}s|  
4. 对比：光栅的光学功能 ZX-A}  
 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。 \COoU("  
 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。 f[NxqNn
 
 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)。 "<egm^Yq  
 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。 >G?*rg4  
 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。 3r^||(_u  
c<q33dZ!*  
,,j>2Ts  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd $5ea[nc  
V
?T&>s  
5. 有间隔SLM的光学功能 3`3my=  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 ]n1#8T&<*z  
ae3 Gn}tf  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd XpKeN2=p  
V@z/%=PJ  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 6e,IjocsB  
YJz06E1 -9  
7/]Ra  
6. 减少计算工作量 oKkDG|IE  
~.e~YI80  
采样要求： ,Cm1~ExJ  
 至少1个点的间隔(每边)。 X6!KFc  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 B|^=2 >8s  
C@XnV=J  
采样要求： d@ZXCiA},  
 同样，至少1个点的间隔。 R S
Ww4}  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 k'"R;^~xg  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Y2uy@j*N  
hG<W*g  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 J8@bPS27q  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 ~}D"8[ABj  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 qpf|.m  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 K.?S,qg  
Wb^g{F!W  
j=Q ?d]  
D_z&G)  
S[/D._5QD%  
7. 指定区域填充因子的仿真 44B9JA7u  
LmROG-9  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 maQDD*  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 U6nC <3f F  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 }&Xf<6  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 V22Br#+  
/T&+vzCF  
)q{e L$  
8. 总结 \rbvlO?}  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 )Y1+F,C  
cR6#$-a  
第1步 bHs},i6  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 'A/{7*,  
m0U
k*~Gz  
第2步 XPi5E"  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 51s3hX$  
扩展阅读 kkT=g^D9j  
扩展阅读 RL"hAUs_1  
 开始视频 G>2: WQ/  
-    光路图介绍 OOz;/kay  
 该应用示例相关文件： ;ejtP #$  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ^S(["6OJ(  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 2+\@0j[q