[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) N5?bflY  
2zC4nF)>O  
应用示例简述 26j<>>2  
 t`o"K  
1. 系统细节 Q#g`D,:o%~  
 光源 f}-'67*Y  
— 高斯光束
OUBGbld  
 组件 im>(^{{r&  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 7b"fpB  
 探测器 "to!&@I| 4  
— 视觉感知的仿真 rS1gFGrj  
— 电磁场分布 w"R<8e=  
 建模/设计 't<iB&wgF  
— 场追迹： j,YrM?Xdo  
 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。 DGvuo 8  
^Om}9rXw1  
2. 系统说明 ^6W}ZLp  
^+(5[z  
tc~gn!"  
3. 模拟 & 设计结果 i%i~qTN  
%1#\LRA(  
4. 总结 LW1 4 'A}  
)LP'
4*  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 k{*EoV[.$  
?1=.scmgDG  
第1步 +<E#_)}`D6  
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。 /?81Ypt  
 u$?!  
第2步 S#ryEgc]  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 DAw1S$dM  
KM&P5}  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 UBd+,]"f  
hb3n- rO  
应用示例详细内容 vP{i+s18B  
i#:To |\u  
系统参数 3,p!Fun:r  
#Y= A#Yz,{  
1. 该应用实例的内容 t jM9EP  
GgxPpS<ne  
uyX %&r  
2. 设计&仿真任务 XL*M#Jx  
x(c+~4:_M  
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。 Oti;wf G7o  
nf pO  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 _`gF%
$]b  
*k(FbZ  
8*-)[+s9il  
4. 参数：SLM像素阵列 DT-.Gdb8  
FH}?QebSR  
hT%fM3|,e  
5. 参数：SLM像素阵列 _sy{rnaqvb  

NFVu~t  
*o1US  
应用示例详细内容 bofI0f}5.  
&_3#W.w~Z  
仿真&结果 |2'WSAWG  
_HM?p(H@  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM dg.1{6HM  
 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)。 tHzgZoBz  
 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。 +1#oVl!  
l]wfL;u  
2. VirtualLab的SLM模块 pYcs4f!?p  

oY~q^Y  
<5L99<E  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ,~7~ S"  
 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。 [+FiD  
*& w/*h$!  
3. SLM的光学功能 .+(ED  
Gt{%O>P8t  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 =m<b+@?T  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 pIR_2Eq  
 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。 NcbW"Qv3  
n
YyKz Rz  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ,#N}Ni:  
m>Z3p7!N}  
 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。 qbQdxKk  
i~E0p ,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd kJ%a;p`O  
5222"yn"c  
4. 对比：光栅的光学功能 3\]j4*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。 ^KD1dy3(  
 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。 N[-$*F,:_  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 Qn$YI9t  
 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。 '_Q';T_n99  
 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。 \0Xq&CG=E  
cjtcEW  
^:$ShbX"P  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd >mtwXmI  
o+{7"Na8[  
5. 有间隔SLM的光学功能 Za?BpV~  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 G,+3(C  
Bx)!I]gi_  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 3QXs
r<  
A:4&XRYZY  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 *Cp:
<Mnd  
CX2qtI8N?  
4KHIUW$  
6. 减少计算工作量 h'GOO(  
;P}007;  
采样要求： #y"LFoJn  
 至少1个点的间隔(每边)。 ru/{s3  
 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。 7/KK}\NE  
M17+F?27M  
采样要求： jUZ$vyT  
 同样，至少1个点的间隔。 4\ElMb[]  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 -glGOTk  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 {md5G$*%  
;gAL_/_  
 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。 wi%ls8
F  
 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。 B+jh|@-  
 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)。 <Voct  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 e%)MIAS0  
^xScVOdP  
g-ZXj4Ph!  
RU/SJ1wM"  
]Nssn\X7  
7. 指定区域填充因子的仿真 j, *=D6  
4hfq7kq7(  
 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。 py%~Qz%  
 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。 \"L0d1DK)  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Nq6; z)$  
 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)。 '.gi@Sr5  
`PI*\t0  
XWNo)#_3  
8. 总结 H4T~Kv  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 D6fd(=t1Z  
D#`>p  
第1步 ]O~$|
Wk
 
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。 .LnknjC  
3zc;_U2  
第2步 9:=:P>  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Ro `Xs.X  
扩展阅读 M)Z!W3  
扩展阅读 N_Zd.VnY  
 开始视频 qzO5p=}  
-    光路图介绍 ZSD7%gE<D  
 该应用示例相关文件： ?| 6sTu!  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 K_:2sDCaN  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ?4aW^l6/