[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) g6$\i m  
];eJ'#  
应用示例简述 bn=7$Ax  
2+K-I  
1. 系统细节 OLGMy5  
 光源 ]<9o>#3  
— 高斯光束 m!(dk]  
 组件 M"Z/E>ne  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 tItI^]
w2s  
 探测器 +S1h~@c:B  
— 视觉感知的仿真 V<U9Pj^?^  
— 电磁场分布 ;g?o~ev 8  
 建模/设计 zQB1C  
— 场追迹： O7J V{'?  
 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。 w;kiH+&  
|-%dN}O  
2. 系统说明 )Q<u0AxAn  
gRw? <U^  
:#UA!|nV  
3. 模拟 & 设计结果 L9l]0C37e  
roIc1Ax:  
4. 总结 UI wTf2B  
++!0r['+>  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 eMP0BS"  
YdYaLTz  
第1步 ,fhwDqR ?  
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。 q1A0-W#4  
(%fSJCBl[P  
第2步 ^~3{n  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 :Yi 4Ia  
BtQqUk#L2  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 bV*q~@xh  
mE9ytFH\k  
应用示例详细内容 5X^`qUSv  
D e$K  
系统参数 JaN53,&<  
?zYR;r2'b)  
1. 该应用实例的内容 &hWYw+yH\  
;F/s!bupCM  
Gd|j
E  
2. 设计&仿真任务 `Tr !Gj_  
I=k`VId:  
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。 cdg&)  
Qs 'dwc  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 U.ew6`'Te  
j^Ln\N]^  
d81[hT}q  
4. 参数：SLM像素阵列 LOk J  
f/Q/[2t  
:ZX
aJ!  
5. 参数：SLM像素阵列 p0pA|  
?u{D-by%&  
D)eRk0iC  
应用示例详细内容 k[1w] l8  
T6=~vOzTJ  
仿真&结果 sb%l N  
[t]q#+Zs  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM >NA{**$0  
 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)。 gv,%5r0YOw  
 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。 D ~NWP%H  
ro^T L  
2. VirtualLab的SLM模块 VS+5{w:t  

okBaQH2lUl  
@Z@S;RWS
U  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 o H]FT{  
 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。 p
x^brzLQo  

=CL h<&  
3. SLM的光学功能 @SAJ*hfb0  
z|zd=3c  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 n:JG+1I  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 r6e!";w:U  
 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。 N0(($8G  
<-!'V,c  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd lp5b&I_  
?MJ5GVeH  
 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。 nY?X@avo>  
zi,":KDz#  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd {G _|gs
 
JvD`RUh  
4. 对比：光栅的光学功能 OJ}aN>k  
 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。
_;k))K^  
 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。 Ap`D{u/  
 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)。 HjX)5@"o(  
 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。 4cAx9bqA  
 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。 =5M '+>  
;}AcyVV  
[Mlmn$it  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd jHc/ EZB  
[.4D<}e  
5. 有间隔SLM的光学功能 #EO],!JM  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 15!b]':  
4\2~wS
r  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd .%mjE'  
*q(H
W  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 L9 H.DNA  
/Pa<I^-#  
"QV1G'  
6. 减少计算工作量 'Ie
!%k^  
6bt{j   
采样要求： %gXNWxv  
 至少1个点的间隔(每边)。 bqUQadDB  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 F2["AkNM  
axd9b,  
采样要求： X]t *  
 同样，至少1个点的间隔。 ,NQ>,}a0  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 bl;v^HR0)  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 \EEU G^T  
xqaw00,s  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 ?[ vC?P  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 7=]Y7"XCf  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 c#(&\g2H  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 `H\NJ,  
gPWl#5P:  
WWWfQ_u2  
{,i='!WIm  
"_/5{Nc$  
7. 指定区域填充因子的仿真 Jl,\^)DSw  
MYeGr3V3  
 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。 [{9&KjI0K  
 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。 .AZ+|?d  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 E{6X-C[)v  
 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)。 *g/@-6  
V3}$vKQ  
MFLw^10(T  
8. 总结 `pd1'5Hm  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 7
q:  
vW4N[ .
+  
第1步 1Du9N[2'P  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ^o*$+DbC  
64qQ:D7C  
第2步 4WV)&50  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 98eS f  
扩展阅读 J'y*>dW  
扩展阅读 quw:4W>  
 开始视频 EM.rO/qcW  
-    光路图介绍 s *1%I$=@  
 该应用示例相关文件： wH[}@w  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 $U/_8^6B0  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 S~DY1e54GF