[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) cW%O-  
<5^(l$IBj  
应用示例简述 Wuz~$SU  
DgP%Q  
1. 系统细节 gWPa8q<b  
 光源 
k,(_R=  
— 高斯光束 f ebh1rUX  
 组件 =h
lu, By  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 &d;$k  
 探测器 a^,RbV/  
— 视觉感知的仿真 M] *pBc(o0  
— 电磁场分布 TR20{8"  
 建模/设计 ?Ea"%z*c5  
— 场追迹： 7mBL#T2   
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 %q^]./3p  
/ep~/#Ia  
2. 系统说明 xnOlV  
Z;s-t\C  
b>WT-.b0  
3. 模拟 & 设计结果 55\
mQ|.Jn  
i|GC 'XD@  
4. 总结 V|`|CVFo
]  
z`SkKn0f Y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 BD+?Ad?  
@9a=D<'>  
第1步 P!EX;+7+x  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 r0>T7yPAK  
qiN'Tuw9  
第2步 X;tk\Ixd  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 _{%H*PxTn=  
K(2s%  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 @d|9(,Q  
IgL8u  
应用示例详细内容 k"$V O+}m  
o5uwa{v  
系统参数 R#M).2::  
{VG6m Hw  
1. 该应用实例的内容 tHeLq*))  
;*p}~#2  
VXS9E383  
2. 设计&仿真任务 =KLYR
UW  
+l(}5(wc  
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。 }p~%GA.=98  
AbB>ZT>hR  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 rB]/N,R  
b
v"S(  
v]~[~\|a  
4. 参数：SLM像素阵列 ix;8S=eP~{  
?%(*bRV -  
f`e.c_n(  
5. 参数：SLM像素阵列 g:yK/1@Hk}  
z?xd\x  
;f Gi5=-  
应用示例详细内容 0'uj*Y{L  
FceT'  
仿真&结果 &0raa  
,U}8(D~:  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM C'ZU .Y  
 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)。 Yi`.zm  
 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。 [Wc 73-  
\N30SG?o  
2. VirtualLab的SLM模块 4~4Hst#^  

*6L^A`_1]  
v]v f(]""  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 "'Ik{wGc  
 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。 q2y:bqLWl  
)
=[Tgh  
3. SLM的光学功能  ~$B,K]  
ryN-d%t?  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 UWHC]V?  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 |@RO&F  
 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。 bHCd|4e,2  
W3b\LnUa  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 2r,fF<WQ  
TR|; /yJ  
 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。 })B)-8  
Hi Yx(hY  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd (ZYOm
  
A.[T#ZB.4  
4. 对比：光栅的光学功能 S`::f(e  
 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。 )lbF'.i  
 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。 ee0J;pP2#  
 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)。 kHO\#fF<  
 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。 -}%zus5  
 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。 w

Z^/-
 
0*q:p`OLw*  
UxW~

yk  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd xK/`XY  
k(MQ:9'|  
5. 有间隔SLM的光学功能 +=R:n^r^,  
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。 h
RP0D
jc  
-Je+7#P1  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ]n+:lsiV  
*)`:Nm~y  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ]n{2cPx5d  
=Zj9F1E[i  
7cC$)  
6. 减少计算工作量 +wmfl:\^{H  
_Qv4;a  
采样要求： |c;S'36  
 至少1个点的间隔(每边)。 J(Bn  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。 $z<CkMP!U7  
P5N"7/PfW  
采样要求： 4ngiad6bR  
 同样，至少1个点的间隔。 #8PjYB  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ;,viE~n  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 :7R\"@V4  
$1axZ~8sS  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 O&}07(  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 |PWLFiT(>  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 2]@U$E='s  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 hJ|z8Sy@1  
toF@@%  
9(m^^  
ar6Z?v$  
a@%FwfIu  
7. 指定区域填充因子的仿真 ]|-y[iu  
^0r@",  
 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。 Cnn,$R=/s  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 6:e0?R^aD"  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 _8bqk\m+  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 ~sM334sQ  
lY6U$*9c  
5~\W!|j/  
8. 总结 =~R0
U  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 blLX ncyD  
W7.]V)$wM  
第1步 *QrTZ$\C  
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。 *`dGapd3  
@.%ll n  
第2步 }@x0@sI9  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 3iY`kf  
扩展阅读 P/^:If
uR  
扩展阅读 ?A]:`l_"  
 开始视频 b6#V0bDXHD  
-    光路图介绍 `AY
HCn  
 该应用示例相关文件： S:Hg =|R  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ]E,  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 u\6:Txqq