[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) H\67Pd(Z6  

dAh.I3  
应用示例简述 MzJCiX^  
;]>kp^C#  
1. 系统细节 r~t`H*C)}  
 光源
`Y#At3{  
— 高斯光束 9\?OV@  
 组件 {
^VtD  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 &O&HczO  
 探测器 .f\LzZ-I:  
— 视觉感知的仿真 J7+G"_)'  
— 电磁场分布 lkn|>U[  
 建模/设计 a1U|eLmUb  
— 场追迹： >cu%Cs=m  
 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。 #z*,CU#S9d  
x sryXex;  
2. 系统说明 {PHH1dC{  
Zd*$^P,|  
zfIo]M`  
3. 模拟 & 设计结果 'cW^S7  
Ms{";qi
G  
4. 总结 Q`ua9oIJ=  
I"07x'Ahq3  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 2Je$SE8  
l!mbpFt  
第1步 hi
7_jl6  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ?[D3-4  
)ZG;.j  
第2步 CRb8WD6.  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 4T@:_G2b  
\Pg~j\;F]  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 e7vm3<m4  
h)KHc/S  
应用示例详细内容 diq}\'f  
f98,2I(>`+  
系统参数 {f/qI`  
p@m0Oi,=  
1. 该应用实例的内容 9BCW2@Kp  
t un}rdb  
t&r.Kf9Z\  
2. 设计&仿真任务 "HMEo
Z  
"s2_X+4oY  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 /sE,2X*BT  
eA/n.V$z  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Av X1*  
/F*Y~>*% 1  
&OMlW_FHR  
4. 参数：SLM像素阵列 {!"UBALxc  
NVyBEAoh  
@CMI$}!{V  
5. 参数：SLM像素阵列 (`x_MTLL  
ZoW1Cc&p  
%()d$.F  
应用示例详细内容 aO6\e>  
o`U}uqrO  
仿真&结果 %pC<T*f  
o2/:e  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM _:x]'w%  
 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)。  q6 CrUn  
 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。 7- B.<$uC  
'\:4Ijp<"  
2. VirtualLab的SLM模块 iHa?b2=)  

xQoZ[  
a)_3r]sv^  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 2M %j-yG"  
 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。 XJ18(Q|w'  
zj 6I:Qr  
3. SLM的光学功能 aukcO;oG<  
S|85g1}t  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 S}6Ld(_  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ( }-*irSsj  
 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。 !Sc"V.o@!  
ClG%zE&i  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd PmR].Ohzi  
v 6~9)\!j  
 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。 :@A&HkF  
~q$]iwwqT  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd M'*s5:i  
L2}\Ah"[  
4. 对比：光栅的光学功能 -Q WvB  
 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。 #'L<7t 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。 _NDQ2O  
 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)。 5`;SI36"  
 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。 a:FU- ^B4~  
 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。 q_MN  
K-qWT7<  
r\NqY.U&  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd u3T-U_:jSV  
.OPknC  
5. 有间隔SLM的光学功能 *?)MJ@  
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。 uD\R3cY  
*x36;6~W;  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd UXm_-/&b9  
?<?Ogq"<  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Q*DT" W/0  
]'.qRTz'\t  
<Q[%:LD  
6. 减少计算工作量 _4{0He`q  

'gwh:  
采样要求： ^<;W+dWdU  
 至少1个点的间隔(每边)。 )nUdU = m  
 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。 r!r08yf  
HqGI.  
采样要求： SN6 QX!3  
 同样，至少1个点的间隔。 dOjly,!  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Dri
6\/0  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ;jPsS^X  
d$ouH%^cGu  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 * #yF`_p  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 (,At5T  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 ; 476t  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 di\.*7l?  
Bm~^d7;Cw  
&;Ncc,jb  
>,6  
oj8r*  
7. 指定区域填充因子的仿真 dc$zW^i  
g
#S X$k-O  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 Np\
NStx2  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 e=Ox
~2S  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 GSA
+A7sZ  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 +17!v_4^  
3.Fko<D4jD  
F|%PiC,,qO  
8. 总结 [* xdILj  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0\mf1{$"!7  
g *5_m(H  
第1步 FB k7Cn!  
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。 G^'We6<  
1wgL^Qz@  
第2步 6(rm%c  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 T;u
;r@R/  
扩展阅读 8)>>EN8 R  
扩展阅读 1^_W[+<S/  
 开始视频 C(>!?-.  
-    光路图介绍 m"L^tSD~  
 该应用示例相关文件： }B%9cc  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 enk`I$Xx  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 kEh9J>|M