[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) S(mF%WJ  
&[&r2>a  
应用示例简述 sN("+ sZ.n  
{Ha8]y  
1. 系统细节 +7
8CvjG  
 光源 \a+(=s(;  
— 高斯光束 TO-$B8*nq  
 组件 +1~Z#^{&  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 4 QZ?}iz  
 探测器 1jX3ey~  
— 视觉感知的仿真 s[gKc'  
— 电磁场分布 oBUxKisW  
 建模/设计 'Z`$n8  
— 场追迹： s :`8ZBz~  
 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。 xF8}:z0  
IG3,XW  
2. 系统说明 "z<azs  
F:#J:x'  
]qB:PtX  
3. 模拟 & 设计结果 <A9y9|>o  
w{dIFvQ"$  
4. 总结 M_LXg%  
KFZm`,+69  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 BA=,7y&;j  
6:% L![FX  
第1步 {s3z"OV  
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。 }KD;
0t4  
b~BIz95  
第2步 K 0hu:1l)  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 AfC>Q!-
w  
>
*$;  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 >h+349  
f+.T^e
s  
应用示例详细内容 OMk5{-8B  
kw`WH)+F  
系统参数 S^Au#1e   
+wW@'X  
1. 该应用实例的内容 B-d(@7,1  
,^8MB.  
VGqa)ri"  
2. 设计&仿真任务 3gQPKBpc  
b6E<r>q  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 D=TL>T.bf  
C>Is1i^9  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 gN {'UDg  
iRi
{$.pVJ  
]xd^%q*  
4. 参数：SLM像素阵列 KS*oxZ  
oRp:B&  
)IT6vU"-yd  
5. 参数：SLM像素阵列 U.T|   
H.G!A6bd  
TzBzEiANn  
应用示例详细内容 -=698h*  
&L^CCi  
仿真&结果 &6Il(3-^  
^nVl (^{  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM zX{.^|  
 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)。 ESb ]}c:  
 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。 V[a[i>,Z  
 BGzI  
2. VirtualLab的SLM模块 ]TstSF=  

A"Q@W<.  
~:_0CKa!  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Q+i\8RJ  
 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。 =8=!Yc(>  
l2
hG$idC  
3. SLM的光学功能 BpLEPuu30  
kcB+
_  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 SK$Vk[c]  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 2>em0{e  
 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。 T}7uew\v0<  
T@^]i&  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd g<\z=H  
+ E"[  
 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。 ;HOPABWz)  
H^1gy=kdj  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd (P6vOo  
v[<Bjs\q5  
4. 对比：光栅的光学功能 0"[`>K~7a8  
 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。 TJ6#P<M  
 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。 oN(-rWdhZ  
 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)。 ED} 31L  
 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。 u~Tg&0V30  
 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。 ELa ja87  
cy~oPj]j  
b~7drf
  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd :6;e\
UE  
@LLTB(@wR  
5. 有间隔SLM的光学功能 :u%$0p>  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 A~lIa$U$b  
klWYuStZ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd %c^ m\E  
N~,_`=yRx  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 rVAL|0;3  
qX>Q
+_^  
L&Qi@D0P  
6. 减少计算工作量 8 |h9sn;P  
`{FwTZ=6{  
采样要求： dYOF2si~%  
 至少1个点的间隔(每边)。 A~-#@Z  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 "EftN5?/  
f1+qXMs  
采样要求： 7el<5chZ  
 同样，至少1个点的间隔。 k ~6-cx  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Ri?\m!o  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 sM\&.<B  
:X .,  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 ]jM^Z.mI+  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 qjC_*X!  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 nbvkP  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 W7G9Kx1Y  
2DMrMmLI  
^>r^3C)_-  
r25Z`X Z  
ekzjF\!y  
7. 指定区域填充因子的仿真 &^ I+s^\=  
_GbE^  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 -Fwh3F4g  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 S6 }
QFx  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 f?0s &Xo  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 O<,r
>b,  
,# "(Z  
-2NwF4VL  
8. 总结 LR$z0rDEM  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 EZ% .M*?  
Q(\ wx
 
第1步 2Ug.:![  
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。 S
tM/  
B3L4F"  
第2步 
t9*=  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 %RFYm  
扩展阅读 Kd{#r/HZ  
扩展阅读 ZzL@[g  
 开始视频 WV_`1hZX  
-    光路图介绍 Lbq_~   
 该应用示例相关文件： VJ1*|r,  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 8gpBz'/,  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 FP;":iRL