[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) 9gR.RwR X  
((cb4IX  
应用示例简述 !;+U_j'Pg  
y1u9B;Fd  
1. 系统细节 doH2R@  
 光源 Aqu]9M~  
— 高斯光束 h>|u:]I>  
 组件 L;Vq j]_  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 H+R7X71{  
 探测器 pg!`SxFD  
— 视觉感知的仿真 gD1+]am  
— 电磁场分布 ~v\hIm3=m  
 建模/设计 48k7/w\  
— 场追迹： RpAiU  
 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。 EZ{/]gCK  
/Zx8nx'{V  
2. 系统说明 ^r4|{  
CpSK(2j  
t\|J&4!Y  
3. 模拟 & 设计结果 GmAj</~  
)2]a8JVf  
4. 总结 E\iJP^n  
6y9C@5p}B  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4(8<w cL  
9fMSAB+c%  
第1步 \=Nm5:  
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。 [,GU5,o  
6W:1>,xS  
第2步 Ju4.@  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 w49{-Pp[  
qPUA!-'  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 kXMP=j8  
lZvS0JS  
应用示例详细内容 Wz5=(<{S  
(FG^UA#'  
系统参数 ]<q'U> N  
mZE8.
`  
1. 该应用实例的内容 vS#{-X  
'{CWanTPi  
:~i+tD  
2. 设计&仿真任务 2md.S$V$,  
gZ*hkKN6  
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。 N|$5/bV  
NFV_+{X\  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 qy6K,/&3  
^6#-yDZC@  
`$M etQ  
4. 参数：SLM像素阵列 {?y<%@  
%!yxC  
Mn{XVXY@qm  
5. 参数：SLM像素阵列 IW mHp]  
>HX)MwAP  
La]4/=a  
应用示例详细内容 %:%MUdl6  
Qi"'bWX@  
仿真&结果 9':/Sab:7v  
3@'lIV ?,q  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 7~D`b1||  
 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)。 l<Lz{)OR  
 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。 3r`<(%\  
6$DG.p
 
2. VirtualLab的SLM模块 aTX]+tBoe  

^7<[}u;qF  
!YIb  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Stt* 1gT  
 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。 )6g&v'dq  
ff[
C'  
3. SLM的光学功能 YY\Rua/nG  
9[Y*k^.!  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 cT I,1U  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 (]}XLMi,|!  
 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。 =:
;YTi
e  
T*8_FR<  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd "s${!A)  
M",];h(I6(  
 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。 v23TL
  
dw3'T4TC?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd zQn//7#-G  
BjN{@aEO  
4. 对比：光栅的光学功能 jXtLo,km  
 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。 (%.</|u  
 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。 Ty.drM  
 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)。 ~ J%m  
 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。 6S)$3Is  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 x)d2G6x  
XQ4dohGCP  
(5>{?dR)|  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 8dlInms  
9Y\F53p&j  
5. 有间隔SLM的光学功能 ??q!jm-m  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 `9:v*KuM#R  
Z5yt]-WN&  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd f x%z|K  
HuK Aj  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 |b,zw^!e['  
MwN1]d|6  
r,QJG$ Jo  
6. 减少计算工作量 py}.00it  
dy'X<o^?W  
采样要求： t]gq+ c Lo  
 至少1个点的间隔(每边)。 OCvml 2 vP  
 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。 !'Gb$l!  
Feh"!k <6k  
采样要求： "^18&>^  
 同样，至少1个点的间隔。 fp,1qzU[k  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 gD,A9a(3  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 9UB??049z  
$>nkGb%Kp  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 M^Q&A R'F  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 h5<T.vV  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 UUZ6N ZQI  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ^ yY{o/6  
lR|$*:+  
$:xF)E  
[]^PJ  
z<FV1niE  
7. 指定区域填充因子的仿真 iH($rSE  
D>psh-,1  
 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。 cC7"J\+r*  
 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。 Y'3kE  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 -lnTYxo+]^  
 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)。 ^A:!ni@3  
Nck!z8  
 aOaF&6'j  
8. 总结 41P4?"O  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 %V@Rk.<  
/h{go]&N
b  
第1步 d#X&Fi  
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。 ,Zf :R  
\VoB=Ac&  
第2步 wghFGHgw  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 >#Grf)@"6  
扩展阅读 Ak<IHp^Q  
扩展阅读 CpB
Q>!CW  
 开始视频 DQL06`pX/  
-    光路图介绍 Q1P,=T@  
 该应用示例相关文件： 6,CU)-98G  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 
i{%z  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 TmRrub