[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;>N~  
 ylS
6D  
应用示例简述 esQ`6i  
Dfc% jWbA  
1. 系统细节 \DBEs02  
 光源 @,c`#,F/  
— 高斯光束 n6M#Xc'JA  
 组件 ^K_FGE0ec  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 %W=BdGr[8z  
 探测器 VN\VTSZh?\  
— 视觉感知的仿真 v"mZy,u  
— 电磁场分布 "68X+!  
 建模/设计 PX2b(fR8_O  
— 场追迹： ?UOaqcL  
 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。 2Qh)/=8lM  
5ug|crX  
2. 系统说明 H!O
X1F  
wi+L4v  
$/@  L  
3. 模拟 & 设计结果 b?lRada{I  
EE`[J0 (  
4. 总结 XZ3fWcw[  
jAv3qMQA  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 bhbTloCR  
2mMi=pv9  
第1步 ?~.:C'  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 0E,QOF{o  
{.[EXMX  
第2步 JRZp'Ln  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 j{2 0  
mW+5I-~  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 k'PvQl"I  
HY?#r]Ryt  
应用示例详细内容 KsK]y,^Z  
nHQ*#&$  
系统参数 ~RwoktO  
pzUr9  
1. 该应用实例的内容 9ZatlI,
 
V[]Pya|s+  
a~LdcUYs  
2. 设计&仿真任务 /"m#mhL  
a#[gNT~[  
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。 @Bjp7v:w  
*//z$la  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Li0+%ijM  
<sM_zoprc  
72J=_d>+  
4. 参数：SLM像素阵列 84reyA  
GM1.pVb  
/vi Ic %=  
5. 参数：SLM像素阵列 *O@Zn  
j!oX\Y-:&  
 7
( Z9\  
应用示例详细内容 |`Yn'Mj8rm  
G(Hr*T%  
仿真&结果 !Fxn1Z,  
N;BuBm5K  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 1OMaY5F  
 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)。 % WXl*  
 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。 ,aBy1K  
92.Rjz;=9?  
2. VirtualLab的SLM模块 ,{msJyacmR  

a}|<*!4zUQ  
Mqk|H~l5c  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 %6^nb'l'C  
 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。 ?u".*!%  
J(maJuY  
3. SLM的光学功能 c=bK_Z_  
2J$vX(  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ]q[(z  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 w9RBT(u  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 aaN
/HE_  
E4Ez)IaKyi  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd J|be'V#]1  
?$tD  
 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。 !O}e)t  
re#]zc<  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd f#!nj]}#  
=5fY3%^b{  
4. 对比：光栅的光学功能 Uam%u  
 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。 i^Jw`eAmT  
 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。 +j+ v(-  
 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)。 xN}f?  
 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。  6GVAR  
 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。 .]zZwB  
+ug/%Iay{k  
-'d`(G"  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 4x4[  
gGBRfq>  
5. 有间隔SLM的光学功能 iyr8*L\  
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。 0pW;H|h  
hJSWh
5]  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 77aUuP7Iw  
.V0fbHYTJ  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 XkoPN]0n  
Bz>f  
_LfbEv<,T  
6. 减少计算工作量 !Y7$cU &  
Cc`-34/%  
采样要求： _?
'W30Dg  
 至少1个点的间隔(每边)。 aUc#,t;Qd  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 zw$\d1-+h  
KU0Ad);e  
采样要求：
DcM/p8da  
 同样，至少1个点的间隔。 `v<S  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 PvjZoF["  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 q*Hg-J}  
5[)#
3vY  
 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。 fz|_c*&64  
 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。 \ISg6v{/  
 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)。 dV'^K%#  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ;qbK[3.  
t:P]bp^#  
L2}<2  
#Hu##x|  
opN4@a7l  
7. 指定区域填充因子的仿真 xE!0p EHd  
iCh8e>+  
 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。 @W$ha y  
 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。 ed_+bCNy  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ;/?w-)n?  
 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)。 F|.tn`j]U  
6biR5&Y5U&  
nec}g
rA  
8. 总结 g=qaq  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ;XjXv'  
#;@I.  
第1步 bXXX-Xc  
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。 'X6Y!VDd  
}opMf6`w  
第2步 KECW~e`  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 CAom4Sp'  
扩展阅读 5|Z8UzL  
扩展阅读 3ZyvX]@_  
 开始视频 W_Hoa*~  
-    光路图介绍 mQ`2c:Rn&7  
 该应用示例相关文件： 5M5vxJ)Lh  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 =Bm|9A1  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 \*b  .f