[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) M4H"].Zm  
=?+w)(*0c  
应用示例简述 9RB`$5F;  
_]EyEa  
1. 系统细节 w#
<^RKk  
 光源 kyK'  
— 高斯光束 OT%V{hD  
 组件 _2; ^v`[  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 @5GBuu^j  
 探测器 |I/,F;'  
— 视觉感知的仿真 A8mlw#`E8b  
— 电磁场分布 W{\EE[XhCf  
 建模/设计 'FqEB]gu  
— 场追迹： tU(y~)]  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 CX.SYr&!R  
RCQAtBd  
2. 系统说明 'Y ,1OK  
(`F|nG=X  
?Oqzd$
-  
3. 模拟 & 设计结果 Y}K!`~n1S  
KZW'O b>[  
4. 总结 hXPocP  
d<_NB]V&F  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 yqYhe-"  
n{L:MT9TD  
第1步 `i9N)3 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。 @kz!{g]Sn  
PaxK^*  
第2步 0K/G&c?;=  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 b h*^
{  
0s)cVYppe  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 prwC>LE  
q[Vi[b^F  
应用示例详细内容 U>in2u9  
=MCNCV/
<  
系统参数 "bPCOJ[v9  
yAAG2c4(  
1. 该应用实例的内容 i,([YsRuou  
&;Ed*OJ  
_yNT=#/  
2. 设计&仿真任务 luibB&p1  
m$,cH>E  
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。 Ut]2`8-  
#UBB lE#  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 A*a7\id!y  
sr;:Dvx~  
VccM=w%*  
4. 参数：SLM像素阵列 IF5sqv  
Ap%d<\,Z  
;i.I&*t  
5. 参数：SLM像素阵列 xrfPZBLy  
sZ]'DH&_(  
^p$1D  
应用示例详细内容 |MR%{ZC^i  
/731.l  
仿真&结果 jYrym-  
P87ld._  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM L'13BRu`  
 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)。 -xw98  
 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。 C/CN '  
c[&d @  
2. VirtualLab的SLM模块 {a]pF.^kf  

3\7'm]  
nrF%wH/5  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 $U~=.!_du  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 xy$vYDAFw  
2dXU0095  
3. SLM的光学功能 ,>&?ty9o  
1po"gVot  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 (~=Qufy  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ?E%U|(S)=L  
 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。 1a5?)D  
&1*4%N@'  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd :-$cdZ3E  
CFD*g\g<*  
 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。 tceIA8d6  
V/`#B$6  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd \H,V 9!B  
xR0~S 3caI  
4. 对比：光栅的光学功能 g!p+rq_f  
 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。 Tq9,c#}&  
 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。 )WaX2uDA?  
 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)。 |}M~kJ)  
 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。 -;l`hRW  
 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。 2.^7?ok  
.Ql;(Wyl  
(xucZ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd +`Q PBj^  
:jZ*,d%1={  
5. 有间隔SLM的光学功能 C*"Rd   
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。 d [\>'>  
wlm3~B\64  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 2AdX)iF@  
[37f#p  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 VFe-#"0ZO  
Xulh.:N}  
)v*v  
6. 减少计算工作量 Wwn5LlJ^  
G/x3wR  
采样要求： ?3]h~(=  
 至少1个点的间隔(每边)。 +W V@o'  
 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。 b|X>3(  
E&
RoaY0  
采样要求： t:?<0yfp&  
 同样，至少1个点的间隔。 9`LU=Xv/  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 rnzsfr-|(2  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 5pNvzw  
8.Pcr<  
 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。 +~R.7NE%  
 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。 |_Naun=+~  
 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)。 Hl%+F0^?  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 UQC'(>.}  
rXHHD#\oF  
*X-~TC0 [  
/t%"Dh8x  
kw*Cr/'*  
7. 指定区域填充因子的仿真 #Pe\Z/  
4aIlzaA  
 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。 puf;"c6e'  
 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。 `Cb<KAaCH  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 3rXL0&3w%  
 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)。 mCEKEX  
P:zEx]Y%  
.R<s<]  
8. 总结 ,M+h9_&0?  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 EmBfiuX  
Oy?iAQ+  
第1步 >mGGJvTx  
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。 z-{"pI  
?j^?@%f0  
第2步 gZ79u  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Og%zf1)aZM  
扩展阅读 n WO~v{h3J  
扩展阅读 ]0/~6f  
 开始视频 >.k@!*  
-    光路图介绍 '%JMnU  
 该应用示例相关文件： lHj7O&+  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 BT*K,p  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 hQW#a]]V: