[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) F|WH
=s3  
OBPiLCq  
应用示例简述 y2C/DyuAY|  
RQn3y-N]  
1. 系统细节 dp1t]  
 光源
PzLV}   
— 高斯光束 afcyAzIB&  
 组件 9+>%U~U<  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 `,wX&@sN  
 探测器 l)0yv2[h  
— 视觉感知的仿真 {O[ !*+O  
— 电磁场分布 l}Vg;"1'J  
 建模/设计 #+3
I$ k  
— 场追迹： SR\$fmo  
 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。 U09@pne8  
`udZ =S"/L  
2. 系统说明 w?p8)Q6m  
odq3@ ziO  
<gr2k8m6$  
3. 模拟 & 设计结果 uFi[50  
~_SVQ7P  
4. 总结 TGPHjSZ1  
&[}5yos r  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ngaQa-8w  
o Bp.|8-  
第1步 $2*&\/;-E!  
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。 }(if|skau  
ok9G9|HA  
第2步 >qIZ  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 51M'x_8  
AwGDy +  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 u]Y NF[]  
N_8L8ds5  
应用示例详细内容 4=n%<U`Z/  
t~]oJ5%  
系统参数 x1*@PiO,.  
04<T2)QgK  
1. 该应用实例的内容 "
LH*T  
u&Dd9k
Mz  
1
5~+Ga4  
2. 设计&仿真任务 vR\[IV?  
s((_^yf  
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。 Sst`*PX:  
i0~L[v9l<  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 +^.Q%b0Xx  
('pxX+  
bYH! P/  
4. 参数：SLM像素阵列 uv dx>5]  
Aonq;} V e  
-?<L"u  
5. 参数：SLM像素阵列 $JXQn  
oE4hGt5x{  
OL
"So u4  
应用示例详细内容 DK;/eZe  
;R?9|:7  
仿真&结果 %4E7 Tu,1  
tlFc+3  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM MRHkQE+K@8  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 S$I:rbc  
 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。 P X<,/6gz  
eL!G, W  
2. VirtualLab的SLM模块 Swz1RT  

!P26$US%P  
L:F:ZOM6`  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 =<[ZFO~v  
 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。 Q-N.23\1  
&_E*]Sj\  
3. SLM的光学功能 DP_bB(  
Gu_Rf&:  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。  0-+`{j  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Fw5r\J87c  
 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。 MPd#C*c  
uQ.VW/>  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd CQ3{'"b  
@]h#T4z'  
 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。 w,.Hdd6  
~qT+sc!t
  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd uL4@e  
m,TqyP#  
4. 对比：光栅的光学功能 &WHEP
dD  
 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。 =;$&:Zjy/%  
 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。 ;mb 6i_  
 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)。 f i!wrvO  
 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。 !J'xk  
 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。 /bylA`IMW  
tIC_/ 6  
i,,>@R  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 4p~:(U[q  
e"|9%AW@<  
5. 有间隔SLM的光学功能 5y"yd6O]O5  
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。 I>-jKSkwc  
Ec6{?\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd I/)dXk~  
TniZ!ud  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ^j=_=Km]  
oci-[CI,  
"=f*Lk@[  
6. 减少计算工作量 gi@+27;  
^?xXP=/  
采样要求： j4}aK2[<  
 至少1个点的间隔(每边)。 `u-VGd\  
 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。 M3F8@|2  
w-CuO4P  
采样要求： }}(~'
 
 同样，至少1个点的间隔。 s_Dl8O4u  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 C.(ZXU7  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 3nK'yC  
>uJrq""+  
 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。 KQ9:lJKr  
 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。 up2%QbN(  
 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)。 iKS9Xss8  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 d)o<R;F  
%r!#  
H_8
@J  
"|Q&  
E>6zwp  
7. 指定区域填充因子的仿真 *,-YWx4
 
w pCS]2  
 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。 mc$
c!Ax*  
 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。 329xo03-[  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Mm[%v t40  
 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)。 O:BP35z_F  
@i)tQd!s  
sy@k3wQ  
8. 总结 2iG(v._x  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 z!L0j+  
"+Qh,fTt  
第1步 Xs`:XATb/  
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。 f@/qW!o
 
bL[PNUG  
第2步 R
&alq  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 "4?hK  
扩展阅读 I] "$h]T  
扩展阅读 h.Dk>H_G  
 开始视频 pM7BdMp   
-    光路图介绍  #b"IX`5  
 该应用示例相关文件： R$3JbR.  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 =4%C?(\  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Y3zO7*-@