[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) 1^S'sWwe  
]Z=Ij gr$  
应用示例简述 jg?bf/$s  
AHq M7+r9  
1. 系统细节 )Q~C4C-j  
 光源 C B6A}m  
— 高斯光束 su}&".e^  
 组件 xg?auje  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 oI*d/*  
 探测器 }4Zkf<#7$  
— 视觉感知的仿真 UAdz-)$  
— 电磁场分布 B& "RS  
 建模/设计 d)\2U{  
— 场追迹： eap8*ONl  
 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。 X6'H`E[  
55^tfu  
2. 系统说明 0iF-}o  
S.1(3j*  
C\OECVT  
3. 模拟 & 设计结果 p=H3Q?HJ}  
~JLYhA^'+<  
4. 总结 F.68
iN}  
Yc|uD-y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0 k9<&  
CG.,/]_  
第1步 pcnl0o~  
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。 /22nLc;/Cx  
?.Q3 pUT  
第2步 Z&-tMa
i;  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 cW; H!:&  
`UQEXoB)  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 [3k
l^TE  
"T7>)fbu  
应用示例详细内容 Cs#w72N  
6Kp}_^|z  
系统参数 [ZD[a6(94  
F{\=PCZ>7  
1. 该应用实例的内容 IkQe~;Y  
}3J=DCtS  
x}|+sS,g  
2. 设计&仿真任务 YQYX,b  
JCD?qeTg  
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。 Lc%xc`n8B  
hl<y4y&|  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 }vY.EEy!  
Gc'M[9Mh  
l!:^6i  
4. 参数：SLM像素阵列 C `6S}f,  
j;+["mi  
o,*=$/or  
5. 参数：SLM像素阵列 *{|$FQnR>(  
:v)6gz(p  
v%nP*i9  
应用示例详细内容 X$^JAZ09  
^BiPLQ  
仿真&结果 G,|KL" H6  
-?z\5z  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM nmg{%P  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 |z*>ixK  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 x[x(y{&~  
g YUTt  
2. VirtualLab的SLM模块 E30Z`$cz:  

ke]Yfwk  
R$d7\nBG  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 |vz9Hs$@l  
 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。 0X>T+A[E  
yLqF ,pvO  
3. SLM的光学功能 ^V.'^=l  
Mq'IkSt'  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 !^?qU;|  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 V{ |[oIp  
 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。 CmnHh~%  
l'uOORI  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd d}+W"j;  
d.AC%&W  
 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。 ,Xtj;@~-  
eGvOA\y:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 8R?I`M_b  
CA*~2|  
4. 对比：光栅的光学功能 h.}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。 oY.\)eJ~>  
 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。 H=<LutnZ  
 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)。 ) rpq+~b  
 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。 b#='^W3  
 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。 %b?uW]j:  
ag;dc  
Nfaf;;J}  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd $.8
H>c  
%/pc=i|+  
5. 有间隔SLM的光学功能 DFy1 bg  
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。 -N# #w=  
^P$7A]!  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd X<euD9?  
}-nU3{1  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 $5A^'q  
Mudrg[@`  
qqvF-mDN  
6. 减少计算工作量
S>t>6
&A  
"+h/
-2rA  
采样要求： xS+rHC  
 至少1个点的间隔(每边)。 D^?_"wjW  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 (0C&z/  
"b%F
mM  
采样要求： !y*oF{RZ  
 同样，至少1个点的间隔。 8zmv 5trt  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 n)RM
+g  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 tX?J
@+  
0>@[o8  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 2f..sNz  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 2w4MJ,Uw  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 9o_-=>(  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 sfI N)jh  
Ac\W\=QvB  
hQ';{5IKvC  
}0{B  
E{>`MNj  
7. 指定区域填充因子的仿真 }N,>A-P  
&J(!8y*QyE  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 P']Y
( !L  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 .@k*p>K  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 &t_h'JX&  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 7>,rvW:]  
TB#Nk5  
D^$OCj\  
8. 总结 oD0EOT/E  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _]o5R7[MQ  
&yLc1#H  
第1步 H.~bD[gA  
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。 qd(hQsfqYU  
w1i?#!|  
第2步 dtTlIhh1V  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 woau'7}XOu  
扩展阅读 h8.FX-0& =  
扩展阅读 968^"T#  
 开始视频 V(..8}LlD  
-    光路图介绍 =P]GPEz_  
 该应用示例相关文件： fU ={a2  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 61:9(*4~!F  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 x'i0KF