[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) gY;N>Yq,C  
| ql!@M(p  
应用示例简述 0.&gm@A~c$  
)pJ}o&J  
1. 系统细节 VJuPC  
 光源 ZYu^Q6b3  
— 高斯光束 %3"3OOT7  
 组件 9.PY49|  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 /sJk[5!z  
 探测器 pmHd1 Wub  
— 视觉感知的仿真 dv@6wp:  
— 电磁场分布 /"Rh bE  
 建模/设计 HHtp
.;L/  
— 场追迹： O(WFjmHx  
 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。 7B+?1E(  
(|O
;Ci  
2. 系统说明 nE::9Yh8z  
_v]I6<!5U  
$+*ZsIo   
3. 模拟 & 设计结果 $0cMrf@  
b*.)m  
4. 总结 /A##Yv!biR  
'_(oa<g  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ?55('+{l  
@{t^8I#]  
第1步 q_HD`tW  
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。 bFJmXx&  
L\hPw{)  
第2步 ;x+4jpH]B  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 9n@jK%m  
'90B),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。 iAup',AZg  
li NPXS+  
应用示例详细内容 | b@?]M  
i?*&1i@  
系统参数 $OjsaE%  
)t)tk=R9N  
1. 该应用实例的内容 MZL~IX  
h3O5DP6~  
vi lNl|
 
2. 设计&仿真任务 8|yhe%-O  
SOP= X-6f  
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。 H
i.JL  
G-,PsXSwe  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 t7)Y@gRy  
nc$
?tC9V  
.@=d I  
4. 参数：SLM像素阵列 U0)(k}Q)  
?\^u},HnE|  
?8vjHEE  
5. 参数：SLM像素阵列
:Z1_;`>CT  
%tQIKjsVaY  
`bt]v$  
应用示例详细内容 Or6'5e?N  
I`5MAvP  
仿真&结果 q{KRM\ooYs  
_#N~$  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM /a9+R)Al  
 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)。 p4aM`PW8>=  
 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。 LU;ma((yy[  
{/B) YR  
2. VirtualLab的SLM模块 I-;JDC?  

5HOhk"  
(y(V,kXwa8  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 i37W^9 R  
 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。 =YPWt>\a}  
ym,S/Uz  
3. SLM的光学功能 pRt )B`#  
RsrZ1dhPvV  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 _VY]  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 sy>Pn  
 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。 p&ow\AO  
^!kvgm<{$  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd cl)MI,/>  
JTz1M~  
 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。 B5tJ|3!  
%iJ6;V4  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Uhg[#TUK  
IP{Cj
=  
4. 对比：光栅的光学功能 dIM:U:c  
 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。 @?e;Jp9  
 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。 >n` OLHg;  
 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)。 EaP#~x  
 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。 ODEy2).  
 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。 X)nOY*  
WpmypkJA#  
%*jpQOw  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd EH,uX{`e  
I s8|  
5. 有间隔SLM的光学功能 P *%bG 4  
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。 8<_WtDg
 
UejG$JyHP  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd S3 x:]E:   
.|iUDp6vz  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 6^ /C+zuX  
x/9`2X`~  
yM#W,@  
6. 减少计算工作量 czHO)uQ?d`  
?V7[,I1?  
采样要求： co~TQpy^  
 至少1个点的间隔(每边)。 Gjv'$O2_  
 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。 % yJs"%  
y()#FRp7  
采样要求： )<3WVvB  
 同样，至少1个点的间隔。 # ^%'*/z  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 VQ}=7oe%q  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 :uI}"Bp  
$@K+yOq+u  
 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。 kdoE)C   
 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。 O#k?c }  
 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)。 F.@yNr"  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 j"YJ1R-5  
-iJ[9O  
1) @Wcc.  
hW|t
~|j#_  
(Ojg~P4;&  
7. 指定区域填充因子的仿真 g[eI-J+F
 
D/{-  
 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。 y:v0&9L  
 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。 "M?(Ax  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 3w^q0/GD  
 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)。  c<4pu  
xE0+3@_>>  
$jw!DrE  
8. 总结 g8vN^nQf[  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 u' r;-|7  
DU[UGJg  
第1步 ?m~;*wn%  
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。 6.By)L  
QY{f=  
第2步 ^Yn6kF  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 X*8U%uF  
扩展阅读 : ;d&m  
扩展阅读 "@Te!.~A.  
 开始视频 sA` bPhk  
-    光路图介绍 Q2Q`g`*O:  
 该应用示例相关文件： <89js87  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ;JAe=wt^'I  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 =Qz8"rt#