[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) D<$~bUkxR  
I_@\O!<y}  
应用示例简述 <}-[9fW  
T^u][I3*  
1. 系统细节 *,hS-  
 光源 hK9Trrwau  
— 高斯光束 FX7=81**4  
 组件 !YL|R[nDH|  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Vu '/o[nF>  
 探测器 9^h\vR|]S  
— 视觉感知的仿真 {g}!M^|  
— 电磁场分布 %3scz)4$  
 建模/设计 vJDK]p<}  
— 场追迹： %pgie"k  
 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。 ~U`oew  
2yR*<yj  
2. 系统说明 uZ( I|N$  
T6JN@:8  
8<M'~G%CEq  
3. 模拟 & 设计结果 Rk.
YnA_J6  
5R}Qp<D[^  
4. 总结 ')t :!#  
emOd<C1A  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Yu-e|:
 
![3#([>4>  
第1步 ]&\HAmOQS  
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。 _x 'R8/  
Mit,X  
第2步 -_Pd d[M  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 b'Qia'a%  
B PTQm4TN  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 0F-X.Dq  
qLBXyQ;U  
应用示例详细内容 NR-d|`P;  
|t*(]U2O0  
系统参数 m\`dLrPX4j  
<uUQ-]QOIh  
1. 该应用实例的内容 S-{[3$  

3TqC.S5+  
QU^*(HGip  
2. 设计&仿真任务 sHD8#t^{  
YO7Y1(`  
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。 bqp6cg\p  
l T~RH0L  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 6M9t<DQV  
3Yf&F([t  
Ai
fc0P-H  
4. 参数：SLM像素阵列 M*FUtu  
P'f =r%  
,#[0As29u  
5. 参数：SLM像素阵列 ~>&7~N8  
O6Bs!0,  
nf&PDv1  
应用示例详细内容 1>P[3Y@}  
qd#?8  
仿真&结果 0X@!i3eu  
ntbl0Sk  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM \"Z^{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)。 V(_OyxeC{2  
 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+"+w/
 
z<aBGG  
2. VirtualLab的SLM模块 $Llv6<B  

Qd;P?W6  
XWN ra  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 f =@'F
=  
 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。 zW
KnkIit,  
Ix@rn  
3. SLM的光学功能 koOkm:(,  
OE
' ?3S  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 jGpSECs  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 c} )U:?6  
 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。 hw! l{yv  
-F
=?M+9[  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ~_opU(;f  
.GcIwP'aU-  
 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。 q1ybJii  
{y)O?9q  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ws8@yr<R  
<knf^D<"  
4. 对比：光栅的光学功能 ]&6# {I-  
 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。 XN9s!5A<L)  
 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。 :5Vk+s]8  
 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)。 K~'!JP8@  
 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。 
2%|  
 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。 Z(DCR/U=(>  
d 90  
x`T  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd xCN6?  
Zjis0a]v~k  
5. 有间隔SLM的光学功能 fkf69,+"]  
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。
Mo?eVtZ  
E;!pK9wL|  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ;1qE:x}
'H  
7P1G^)  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 3ARvSz@5  
j>jZg<}J  
U\aP  
6. 减少计算工作量 .Zo%6[X  
hOYm =r  
采样要求： ,b[}22  
 至少1个点的间隔(每边)。 /`(Kbwh  
 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。 :5)Dn87  
k=;>*:D%  
采样要求： _Z~cJIEU  
 同样，至少1个点的间隔。 dRwOt  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 fM,!9}<  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 8Aq [@i  
WgHl. :R  
 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(0sG(A~  
 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。 +*u'vt?  
 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)。 {g8uMt\4  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 3V=(P.ATm  
OAigq6[,  
h>ZNPP8N  
$ti*I;)h4  
M)v\7a  
7. 指定区域填充因子的仿真 nW)-bAV<  
&UzeNL"]  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 W,sU5sjA  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 s|er+-'  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Y~I$goT  
 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)。 0|6]ps4Z7  
E :gS*tsY  
}f rij1/G  
8. 总结 7D'-^#S5  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 'XW[uK]w)  
<
//82j+px  
第1步 H~Z$pk%  
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。 y{&k`H  
\9;SOAv  
第2步 :r4]8X-
 
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 nP]tc  
扩展阅读 RYhaQ&1i  
扩展阅读 ~kDR9s7  
 开始视频 !LGnh  
-    光路图介绍 $'Pn(eZHGv  
 该应用示例相关文件： TtZZjeg+V  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 }iGpuoXT`  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 z+@CzHCN