[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) c(5r  
SZ)AO8&  
应用示例简述 _Vl22'wl  
`:&jbd4H  
1. 系统细节 %M KZ':m  
 光源 lf?dTPrD  
— 高斯光束 "PhP1;A9,  
 组件 @GrQ/F7  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 8n`O{8:fi  
 探测器 +;*dFL  
— 视觉感知的仿真 WD${f#]N  
— 电磁场分布 y)%CNH)*
x  
 建模/设计 hJsYKd8g  
— 场追迹： ;kv/(veQ1<  
 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。 5q Y+^jO]o  
F-SD4a  
2. 系统说明 &]xOjv/?  
:K]&
rGi,  
{!G  
3. 模拟 & 设计结果 i=mk#.j~  
b?Zt3#  
4. 总结 8kA2.pIk  
8a}et8df:  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 B>=NE.ulUL  
-Nn@c|fz  
第1步 G+dQ" cI9  
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。 Yfotq9.=+  
P9/Bc^5'  
第2步 ln~;Osb  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 KbP( ;  
5UU1HC;C  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 rz'A#-?'oG  
^}>Ie03m50  
应用示例详细内容 l]wjH5mz=i  
~,jBm^4  
系统参数 P_{jZ}y(  
g4"0:^/  
1. 该应用实例的内容 ,|u^-J@  
wEu"X  
hnf7Q l}  
2. 设计&仿真任务 45+w)Vf!  
w4UaWT1J  
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。 L UitY  
fP:26pK^  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 I0v$3BQ4  
dYP-QUM$7  
qC;1ND  
4. 参数：SLM像素阵列 NrTK+6 z  
93+p~?  
14LOeo5
O  
5. 参数：SLM像素阵列 6%nKrK  
A3jT;D9Y%  
a9<
&|L <  
应用示例详细内容 E/[
<} ./  
IC[iCrB  
仿真&结果 H/Wo~$  
|#x]FNg  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM _Vj uQ  
 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)。 (ZI11[e{  
 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。 Fy!-1N9|l  
=%UX"K`  
2. VirtualLab的SLM模块 #4Z]/D2G  

N9s ,..  
gr%!<2w  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 "h>B`S  
 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。 ag~4m5n*~  
fsr0E=nV  
3. SLM的光学功能 k%[pZ5.!  
beN(7jo  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 4PVkKP'/   
 为此，将区域填充因子设置为60%。 xbeVqP  
 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。 }RT#V8oc  
P{{pp<tX*&  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ,*Vt53@E  
m:{ws~
  
 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。 8&0+Az"{O  
'&<T;V%  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Fo0dz  
>#jfZ5t  
4. 对比：光栅的光学功能 4jyDM68i  
 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。 q_sQC5:s  
 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。 V6.w=6:`X  
 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)。 @&7|Laa  
 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。 [kjmEMF9i  
 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。 j![;;  
iTgv8  
GdxMHnn=  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd k~<b~VcU  
N
=`xoF  
5. 有间隔SLM的光学功能 mnwYv..ePz  
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。 ee9nfvG-  
_Coh11  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd N0:gY]o%  
?3vOc/2@  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 aeP 6JHj  
j|N8"8"  
 YjV-70'  
6. 减少计算工作量 xq.HR_\  
|6mDooTy  
采样要求： 3O W)%  
 至少1个点的间隔(每边)。 o,#[Se*n  
 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。 <`~zKFUQ[  
;g0p`wV  
采样要求： 5tIM@,.I/  
 同样，至少1个点的间隔。 j#`d%eQ~J  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 "HuV'  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。  ?Cu1"bl  
7Z(F-B +j  
 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。 s /?&H-  
 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。 3e<FlH{  
 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)。 L;n2,b  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 H|uvcvf
 
TvEN0RV2  
m _0D^e7#  
T2nbU6H  
XuQ7nlbnq  
7. 指定区域填充因子的仿真 E27N1J+1  

6+:Tv2  
 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。 YEEgDw]BQ  
 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。 _Gpq=(q
)  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 UHtxzp =[  
 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)。 /<HEcB  
ON(H7  
Llf |fayq  
8. 总结 =-ky%3:`@  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ]aqHk  
<By6%<JTn  
第1步 09f:%!^u  
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。 wW7W+,{o  
j4au Zl]NF  
第2步 yAu-BObD  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 hLVS}HE2  
扩展阅读 a:PS}_.  
扩展阅读 VtR?/+8X  
 开始视频 RaKfYLw  
-    光路图介绍 f PoC yl  
 该应用示例相关文件： 0L34)W  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Q]';1#J\  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 *cdr,AD?lH