[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) C7T;;1P?  
{cX7<7N  
应用示例简述  nFVbQa~  
N~0$x,bR  
1. 系统细节 GMt)}Hz  
 光源 k0=|10bi  
— 高斯光束 1=- X<M75  
 组件 LsUFz_  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 2/UI>@By  
 探测器 w7Pe  
— 视觉感知的仿真 #C'o'%!(  
— 电磁场分布 <w%DyRFw3  
 建模/设计 <"{+  
— 场追迹： }v,W-gA  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 5Bzuj`  
bmSpbX\  
2. 系统说明 YDdLDE  
h^Arb=I  
18J.vcP  
3. 模拟 & 设计结果 4bFv"b  
R^F7a0"  
4. 总结 pC55Ec<  
moZ)|y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Vl&+/-V  
U3(L.8(sA  
第1步 01UqDdoj  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 iRkOH]+K  
mJ7`.  
第2步 hVROzGZk  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 5mDVFb 3a  
z2"2tFK  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 8Q#t\$RY  
/5a$@%  
应用示例详细内容 *#3voJjV(  
qT&S  
系统参数 -zkW\O[  
$@lq}FQ%  
1. 该应用实例的内容 v GulM<YY  
IiYuUN1D  
qQ2  
2. 设计&仿真任务 :qt82tbn  

uKaf{=*  
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。  -fx(H+  
~`tJvUo0  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 (UbR%A|v;  
9F-ViDI.  
gs^UR6 D,  
4. 参数：SLM像素阵列 9`hpa-m@  
0e[ tKn(  
l{B<"+8  
5. 参数：SLM像素阵列 =[v2
 
!nZI? z;  
/zDSlj<c  
应用示例详细内容 QySca(1tN  
od|N-
R  
仿真&结果 '_Hb}'sFI  
|
hZ|+7  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM @k#z&@b  
 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)。 f@,hO5h(_|  
 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。 61t-  
* wQZ'  
2. VirtualLab的SLM模块 Vj9`[1}1Z  

U?+30{hb  
; HR\R  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ;mM\, {Z  
 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。 $u0+29T2O  
;dpS@;v  
3. SLM的光学功能 4Tbi%vF{  
h}c6+@w&-  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 uBd =x<c\  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 B7x"ef  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 H/
B^N,oi  
Z7k1fv:S^  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd >cU*D:  
UJyiRP:#]>  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 2#Q"@  
3n=O8Fp  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Hme@9(zD.  
`Q!FMv6Y^  
4. 对比：光栅的光学功能 F#3$p$;B$  
 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。 -*-zU#2|  
 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。 @)!1#^(}%  
 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)。 {0m[:af&  
 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。 B'[3kJ'  
 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。 )H=[NB6J8  
B@~eBU,$  
Y/Gswcz  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd /Va&k4  
RQ$o'U9
A  
5. 有间隔SLM的光学功能 dwsy(g7  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 d$G%F$BTs  
L_CEY  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd [^"(%{H  
1.cUolnr  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 tMs|UC  
SieV%T0t1  
DIcyXZH<  
6. 减少计算工作量 @bVh?T0~F,  
C#u)$Ds  
采样要求： Fw8X$SE"  
 至少1个点的间隔(每边)。 ef1N#z%gt  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。  TVEF+t  
dpOL1rrE  
采样要求： ZkVvL4yIK  
 同样，至少1个点的间隔。 MRY)m@*+6  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 8G
^B%h]  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 "Qm~;x2kB  
A`ertSlbhe  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 [3;Y:&D  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 =S7C
(;=4  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 J&0wl]w|O%  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 m{=~|I  
nr9#3Lb  
YH'.Yj2  
1)kl  
0kr& c;~  
7. 指定区域填充因子的仿真 Ph!NYi,  
%X-&yGY  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 o\V4qekk  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 a(t<eN>b!  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 sMpC4E  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 .$E~.6J %i  
di P4]/%1  
p]IhQnj2  
8. 总结 K&~#@I;  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 \?]HqPibx  
q,h.W JI  
第1步 KcyM2hE7  
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。 {xb%P!o`  
F#C6.`B  
第2步 U3iy
uE  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [g 68O*  
扩展阅读 B qi
q  
扩展阅读 tNNg[;0  
 开始视频 yA)+-  
-    光路图介绍 xg%]\#  
 该应用示例相关文件： YyBq+6nq5  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 KKTfxNxJn  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ykl=KR