[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) X'J!.Jj  
:5[1Iepdn  
应用示例简述 ?egZkg=U  
e!=~f%c<N  
1. 系统细节 7g|EqJ7  
 光源 ^v5<*uf%m  
— 高斯光束 t.Yf8Gy  
 组件 }fJLY\  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 2rxz<ck(  
 探测器 p(!d,YSE  
— 视觉感知的仿真 l
 i) 5o  
— 电磁场分布 \b*z<Odv  
 建模/设计 n7/>+V+  
— 场追迹： Zo<j"FG  
 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。 &embAqW:  
gy Ey=@L  
2. 系统说明 6aKfcvf &  
^Lv)){t  
*RM
3_  
3. 模拟 & 设计结果 UDW_?SHAx  
\}71pzw(  
4. 总结 B \LmE+a>  
l[<U UEjZJ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Rga *68s|&  
\V#
fl  
第1步 &%`WXe-`R  
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。 <Hr~|oG  
;;|.qgxc~  
第2步 C6'K)P[p  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。
>hY.F/[  
E[cH/Rm  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 m/3,;P.6  
xqb*;TBh*  
应用示例详细内容 SuXeUiK.[  
8Si3 aq3  
系统参数 ;0l
Y_ii  
IGOEqUw*  
1. 该应用实例的内容 i1ScXKO  
;I?x;lH  
!Df>Q5~g  
2. 设计&仿真任务 IN75zn*%  
O(6j:XD  
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。 (K_{a+$[  
Iz[ohn!f  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ?,i}Qr [Q  
m}
7Nu  
~F8xXW0  
4. 参数：SLM像素阵列 pI_dV44W  
Y?$  
&->ngzg  
5. 参数：SLM像素阵列 k{H7+;_  
1|m%xX,[  
JT&RaFX  
应用示例详细内容 3m| C8:  
 VeSQq  
仿真&结果 4fL`.n1^  
v-BQ>-&
s  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM !hFhw1  
 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)。 FA+"t^q  
 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。 c8T| o=`k6  
&%%ix#iF  
2. VirtualLab的SLM模块 >7PNl\=gG  

A'.=SA2.Y  
[N12X7O3  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 yO}5.  
 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。 C T\@>!'f  
b;%t*?t  
3. SLM的光学功能 Z #T  
wSw> UU  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ',c~8U#q  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 U E$Ix  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 a9UXg<4  
Kk*8  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd l&}}Io$?@  

xH&hs$=  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 I~:gi@OVV  
v+I-*,R  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd #=VYq4B=  
G[`1Yw$  
4. 对比：光栅的光学功能 J/O{x  
 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。 =#v? }JG  
 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。 L7d1)mV  
 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)。 Q@7d:v  
 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。 0y6M;"&~E  
 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。 5mC"8N1)  
hHGuD2%  
eZaSV>27  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd tc<uS%XT4^  
[:FiA?O]  
5. 有间隔SLM的光学功能 #c
5jCy}n  
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。 R(`:~@3\6  
^lAM /   
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd }f]Y^>-Ux  
OQ7 `n<I<)  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 I#&r5Q  
;8eKAh  
IO:*F0  
6. 减少计算工作量 D:;idUO  
y TD4![  
采样要求： Y}1c>5{bE  
 至少1个点的间隔(每边)。 gf
1+yJ^d!  
 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。 'gvR?[!t  
l6y}>]  
采样要求： qh:Bc$S  
 同样，至少1个点的间隔。 Aeb(b+=  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 sVK?sBs]  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 USEb} M`  
iN[x *A|h  
 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。 dF\#:[B  
 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。 w?8SQI,~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)。  C/IF~<B  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ,VHqZ'6  
^>?=L\[  
=c'4rJ$+  
H*'1bLzq  
"FWx;65CR  
7. 指定区域填充因子的仿真 eHuJFM  
MQQm3VaKS  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 U}RBgPX!  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 0RT8N=B83  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 4"|Xndh1.  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 _cX}!d!j  
A~2)ZdAN  
O\ZC$XF  
8. 总结 Zd6ik&S   
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ;:fW]5"R  
wSN9`"  
第1步 x9vSekV  
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。 [OW <<6  
4|=>gdW)KN  
第2步 x#J9GP.  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 #wI}93E  
扩展阅读 LE\=Y;%  
扩展阅读 .|Huzk+  
 开始视频 N/bOl~!y  
-    光路图介绍 U!aM63F3  
 该应用示例相关文件： D%p*G5Bg3  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 JaCX}[R  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 P>VoA