[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) >s1HQSe66  
pHWol!  
应用示例简述 z\;kjI  
)Dv"seH.  
1. 系统细节 E P<U:F  
 光源 0a(*/u  
— 高斯光束 KYlWV<sR  
 组件 .d.7D ]Yn  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 KKOu":b  
 探测器 ~M <4HC  
— 视觉感知的仿真 MT0}MMr  
— 电磁场分布 .fZv H  
 建模/设计 0m?ul%=  
— 场追迹： *yt/ Dj  
 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。 |R+=Yk&u  
Muarryh}  
2. 系统说明 u]zb<)'_  
N`#v"f<~Q  
,,@_r&f:  
3. 模拟 & 设计结果 RRV&!<l@$  
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;;Har  
4. 总结 hR. EZ|.  
U:`rNHl  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0}aJCJ9sx=  
4h(aTbHaQ  
第1步 |FKo}>4  
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。 uz*C`T0:rj  
;7qk9rz4  
第2步 YXBS!89m  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 \Ud2]^D=  
y_J{+  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 4$_8#wB1&  
"b2Mk-qP  
应用示例详细内容 89WuxCFS  
GF k?Qf{u  
系统参数 -"(e*&TJ#  
B:9Z;g@&  
1. 该应用实例的内容 n+xM))  
pKp#4Js  
!&#CEF@J  
2. 设计&仿真任务 OxqP:kM  
|z5olu$gVc  
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。 -'ZP_$sA  
6C)OO"Bc  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ECl[v%R/6  
\2~.r/`1  
,kLeK{  
4. 参数：SLM像素阵列 ti'OjoJL  
QAu^]1;  
Wlt shZo  
5. 参数：SLM像素阵列 F=#zy#@.  
uE/qraA  
m.lNKIknQ  
应用示例详细内容 Xf#uK\f  
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x`H6'3?  
仿真&结果 J|3CG;+  
0k3
^+#J  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM a3p|>M6E  
 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)。 &(wik#S  
 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。  eYS  

5*ABw6'6  
2. VirtualLab的SLM模块 |Z!C`G[  

}_u)3X.O  
8whjPn0  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 w}7`Vas9  
 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。 r Cmqq/hZ  
GT'%HmQI  
3. SLM的光学功能 Kz'W |  
rJZ-/]Xf!6  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Hjlx,:'M  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 u*H2kn[DU  
 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。 oq;}q  
zYH6+!VBH#  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd k \]@  
3):7mE(  
 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。 W6]iJ  
rs\*$20  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd r?H {Y3,  
b/E1v,/<  
4. 对比：光栅的光学功能 UlQ}   
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 tjYe82  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 ox)/*c<  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 '?Hy"5gUA  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 hydn" 9;  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 ?ILNp`k  
F5)Ta?3|"<  
8CMI\yk  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd wwE9|'Ok  
GAPZt4Z2  
5. 有间隔SLM的光学功能 }8 ,b;Q  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 w=O:|Xu#*  
v]vrD2L  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 4|x5-m+T  
.bew,92  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 A:k`Ykr[  
|h8C}P&Z  
V$^x]z  
6. 减少计算工作量 vUJb-  
:90DS_4  
采样要求： XIf,#9  
 至少1个点的间隔(每边)。 +Hv%m8'0|  
 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。 vR#A7y @!  
Z<xSU?J  
采样要求： Z=n& fsE  
 同样，至少1个点的间隔。 `[Kh[|  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 "xYMv"X  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ]ujH7T  
'g( R4deCX  
 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。 dqPJ 2j $\  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 us$~6  
 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)。 -%"MAIJnX  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 8={(Vf6  
k|a{|2p  
Cl i k  
(r:WG!I,  
oM QH-\(}  
7. 指定区域填充因子的仿真 "RZ)pav?  
0jE,=<W0>  
 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。 z_r W1?|  
 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。 2VMau.eQ  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Zb8i
[1P  
 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)。 EGU?54  
'}LH,H:%G  
{h|3P/?7  
8. 总结 ENjrv  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 cXtL3T+  
2>?GD@GE  
第1步 Hm%[d;Z7  
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。 @
^#y23R U  
/>)>~_-3  
第2步 v"y e\ZG  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,T"(97"  
扩展阅读 Sr%~ 5Q[W  
扩展阅读 +=U`  
 开始视频 t55CT6Se  
-    光路图介绍 $Iv*?S"2  
 该应用示例相关文件： [,xFk* #  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 T\. 8og  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 g)xzy^2e