[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) #jh5%@  
J5(^VKj  
应用示例简述 iu?gZVyka  
a^8PB|G  
1. 系统细节 R nwFxFIQ  
 光源 }<YU4EW  
— 高斯光束 +0?1"2  
 组件 ez5J+  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统
('{aOiSH  
 探测器 K9-9 c"cz  
— 视觉感知的仿真 :..WL;gC  
— 电磁场分布 {-lpYD^k3  
 建模/设计 ap8q`a{j^  
— 场追迹： zu.B>INe  
 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。 vz~Oi  
yVp,)T9  
2. 系统说明 7{]dh+)  
Ia<V\$#  
;?k<L\zaw  
3. 模拟 & 设计结果 !Sw=ns7  
M!kSt1  
4. 总结 DJ DQH\&  
tXqX[Td`0g  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 m8;w7S7,j~  
$_iE^zZaU^  
第1步 ]BUirJ,2  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 O,9^R  
@({=~ W^  
第2步 m^0vux  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 %ioVNbrR7  
lKB9n}P  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 EK5$z>k>m  
ALy7D*Z]w  
应用示例详细内容 =@0J:"c  
TZ+ p6M8G  
系统参数 ^86M94k  

bU}v@Uk  
1. 该应用实例的内容 J jm={+@+  
6Iqy"MQuq  
"p*'H
Q  
2. 设计&仿真任务 p0WUF\"  
A[8m3L#k  
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。 v2E<~/|  
mEbI\!}H0  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 rVqQo`K\  
n."n?C'{  
Ny^f
'tsA  
4. 参数：SLM像素阵列 K6t
"98  
'.1P\>x!]  
mf3,V|>[\  
5. 参数：SLM像素阵列 c)LG+K  
4U\}"Mk  
MzX&|wimb  
应用示例详细内容 (^35cj{s  
nj'5iiV`]  
仿真&结果 Jz~:  
uQKQC?w  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 0M"n  
 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)。 %+=;4tHJ  
 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。 7H5VzV  
E<Zf!!3  
2. VirtualLab的SLM模块 zXx/\B$&d*  

XZ~kXE;B(  
X'jyR:ut#  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 gns}%\,  
 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。 9gcW;  
&U7v=a  
3. SLM的光学功能 I09 W=  
Tj#S')s8  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ~c35Y9-5  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ?E"192,z@  
 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。 | J3'#7  
46}U+>  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 3e&+[j  
`P;r[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。 RJ'[m~yl5X  
"-$}GUK?Z  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd (vO3vCYeQ  
q4[}b-fF  
4. 对比：光栅的光学功能 P|<V0 Vs.  
 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。 C '( Y  
 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。 9?H$0xZV  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 a#=d{/ab  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 TQT3]h6  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 'vd&r@N  
=U3S"W %  
|CDM(g
>%  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd zsXgpnlHT  
reN\|?0{  
5. 有间隔SLM的光学功能 &SE}5
ddC7  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 g:M;S"U3*Y  
C8|V?bL  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd -U/)y:k!%  
fWmc$r5n](  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 7HDc]&z  
x#EE_i/W  
$&as5z8  
6. 减少计算工作量 |reA`&<q  
; BN81;  
采样要求： fEZuv?@  
 至少1个点的间隔(每边)。 vTK%4=|1}!  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 m[}k]PB>  
+& B?f  
采样要求： 7\6g>4J^`  
 同样，至少1个点的间隔。 IE`3I#v  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 0V
1GX~2  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 hik.qK  
^/"}_bR  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 @ b!]Jw  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 ]@#9B>v=  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 :*}Q/]N  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 B>fZH\Y  
!zX()V  
% "(&a'B  
F@u7Oel@m  
|Mb{0mKb  
7. 指定区域填充因子的仿真 "U
}kp#)  
;7P'>j1?U  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 spV7\Gs.@  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 j L|6i-?!  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 l(Rn=
?  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 9lb?%UFe  
/3ohm|!rW  
G,)zn9X  
8. 总结 e=0]8l>\V  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 2<@2_wSJ  
PFJ$Ia|  
第1步 Hh%!4_AMw  
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。 J#(AX6  
V'i-pn2gyu  
第2步 t1?aw<  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 sLr47 NC  
扩展阅读 w5%Yi{  
扩展阅读 UGO#o`.G}  
 开始视频 KnG7w^  
-    光路图介绍 no*)M7  
 该应用示例相关文件： $:~;U xh=  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 MNu0t\`p4  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 RNk|h