[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) AJt4I W@  
=OooTZb:x-  
应用示例简述 $(pVE}J  
i7xBi:Si  
1. 系统细节 N`5 mPE  
 光源 h) W|~y@  
— 高斯光束 =2, iNn  
 组件 lkgB,cflpi  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 rh6m  
 探测器 h7
>`:~  
— 视觉感知的仿真 l~GcD  
— 电磁场分布 ((]Sy,rdk  
 建模/设计 stlkt>9  
— 场追迹： IsB=G-s  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 FeuqqZ\=&  
n7'X.=o7  
2. 系统说明 uJL[m(G  
etH]-S  
b$eZ>X  
3. 模拟 & 设计结果 'E1m-kJz  
YRJw,xl  
4. 总结 wRj&k(?*  
Lz}mz-N  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 7cZ(gdQ/  
&e1(|qax  
第1步 0uf)6(f  
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 x_"  
el^WBC3  
第2步 =^g
ZJ@  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Vw b6QIs  
NEX{vZkgw  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 hdx"/.s  
mdukl!_x  
应用示例详细内容 u6~/" _FwY  
]"4\]_?r  
系统参数 Y'2 |GJc2  
yX|0R H  
1. 该应用实例的内容 E=8$*YUW(g  
|fg{Fpc  
[f\TnXq24  
2. 设计&仿真任务 >TZyax<:  
OO`-{HKt  
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。 uvj`r5ei  
X\'+);Z
 
3. 参数：输入近乎平行的激光束 \v[?4[  
<GRrw  
tu0agSpU  
4. 参数：SLM像素阵列 8!u8ZvbFG  
`f+l\'.s  
2/V9Or52  
5. 参数：SLM像素阵列 z\?cazQ  
T_*R^Ukb5  
\*k}RKDwT  
应用示例详细内容 &Ew{{t;"  
7Q3a0`
Iq  
仿真&结果 =dTsGNz  
e|jmOYWG  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 6l-V%3-  
 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)。 CP!>V:w%9!  
 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。 BX=YS)  
!/Wp0E'A  
2. VirtualLab的SLM模块 yCT:U&8%F  

Foc) u~  
beCTOmC  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ;OynkZs)  
 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。 LU4k/  
Auz.wes  
3. SLM的光学功能 aL%amL6CX  
?Wz rv&E2  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 yDW$v/j.|  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 7BDRA},o  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 jLu`DKB  
4
tv}V:EO  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd bhWH  
iI(7{$y  
 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。 t^zmvPDK  
x O~t  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd NWq>Z!x`  
0kdPr:B Q0  
4. 对比：光栅的光学功能 O>j_xW]V  
 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。 "]M]pR/j  
 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。 YYc.e T<  
 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)。 kt*""&R  
 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。 8V$:th('  
 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。 >uN)O-  
Eu^?e  
u79,+H@ep  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ufekhj  
"Wz#<! .r  
5. 有间隔SLM的光学功能 8aHs I(  
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。 bEJz>oyW"  
05cyWg9a  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd J<4egk4  
xF4>D!T%8  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 s;'jn_,0  
gI SP .  
"=S< xT+  
6. 减少计算工作量 (ugB3o  
:7w^2/ZGo  
采样要求： [o0Z;}fU  
 至少1个点的间隔(每边)。  '9H
ah  
 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。 5B lptC  
5D32d1A  
采样要求： ^K#PcPF-j  
 同样，至少1个点的间隔。 eXqS9`zKr  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 cCoa3U/  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 $]Vvu{  
w,t>M_(N  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 Sf2pU!5n^  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 ]}~[2k.  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 ;gC.fpu  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 g0P^O@8  
&F*L=Ng  
Sj$XRkbj:  
8d90B9  
d3$&I==;:  
7. 指定区域填充因子的仿真 /NH9$u.g  
&3Q!'pJJ  
 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。 [=63xPxs.  
 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|{'.XG  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ){PL6|5x  
 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)。 >0W:snNK  
0 s
-IW  
{PXN$p:'  
8. 总结 G8y:f%I!b  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 OKo39 A\fu  
yj6o533o  
第1步 3=reN6Q  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 {g:I5 A#  
b
F#*cH  
第2步 .KA){_jBp  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 |]dA`e&y  
扩展阅读 7g}lg
8M  
扩展阅读 RGw=!0V  
 开始视频 ~i4h
.ZLj  
-    光路图介绍 \BV$p2m5-  
 该应用示例相关文件： NDJIaX:]  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 P,2FH2Eyj  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 5ayM}u%\~