[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) Nz;\PS  
wAL}c(EHO  
应用示例简述 *!dA/sid  
#]gmM  
1. 系统细节 Zzb?Nbf  
 光源 NnU`u.$D  
— 高斯光束 V"}Jsr  
 组件 Z B!~@Vf  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统
Fw}|c  
 探测器 @:>gRD  
— 视觉感知的仿真 dI!/H&`B]  
— 电磁场分布 )me`Ud
 
 建模/设计 G68@(<
<Z  
— 场追迹： MY}K.^4^  
 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。 }-u%6KZ   
=([4pG  
2. 系统说明 _8\B~;0  
"I9r>=  
[%~yY&  
3. 模拟 & 设计结果 ojA!!Ru  
7;&,LH  
4. 总结 6}|h  
lXzm)  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 lWT`y  
wTG(U3{3K
 
第1步 - leYR`P  
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。 kJNwA8 7  
l@-h.tS  
第2步 v53|)]V  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 l(@c  
1xh7KBr,  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 k_Y7<z0G  
GJs~aRiz  
应用示例详细内容 yO*   
9QL%
q; #  
系统参数 GS}JyU  
-~X[j2  
1. 该应用实例的内容 fc[_~I'  
1uB$@a\  
& d$X:  
2. 设计&仿真任务 *JQ*$$5  
$J&c1  
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。 ["4Tn0g ;  
{Qn{w%!|  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 !]RSG^%s{  
)?c,&  
;-;lM6zP  
4. 参数：SLM像素阵列 yf4L0.  
%/5Wj_|p  
"^
a"`?J  
5. 参数：SLM像素阵列 WIpV'F|t]`  
XD't)B(q  
m7u`r(&  
应用示例详细内容 4-Jwy  
*c&|2EsZ  
仿真&结果 &ODo7@v`1  
3wcFR0f  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ?(z"U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)。 m]vV.pwv  
 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。 ;[(d=6{hc]  
E0EK88  
2. VirtualLab的SLM模块 R^P>yk8  

2gMG7%d  
CH;U_b  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 |r36iUHZS  
 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。 cO5zg<wF  
Ym!e}`A\F  
3. SLM的光学功能 P".IW.^kk~  
kfT*G +l]  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 2CneR
KQy  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 eF9GhwE=  
 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。 1?1Bz?EKF*  
ws^Ne30R  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd =WBfaxL}  
( }Bb=~  
 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。 />/e  
Gn_DIFa  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd w`V6vYd@  
fb>$p_s]  
4. 对比：光栅的光学功能 6Io}3}3  
 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。 uLWu. Vx  
 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'R^gL  
 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)。 }2Euz.0  
 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。 2zW IB[  
 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。 #kq!{5,  

wWiYxBeN  
4OpzGZ4+  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd M*kE |q/K  
]+W){W=ai  
5. 有间隔SLM的光学功能 $T^q>v2u  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 i/1$uQ  
*4}NLUVX
 
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd yb?Pyq.D  
zqXF`MAB=  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 FiUwy/,ZV  
"wTCO1  
`Hlf.>b1  
6. 减少计算工作量 e5P9P%1w  
G2)F<Y  
采样要求： KvPCb%!ZP  
 至少1个点的间隔(每边)。 c {%mi  
 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。 }6/M5zF3  
'ET];iZ2  
采样要求： kwc Cf2  
 同样，至少1个点的间隔。 4Z~ nWs  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 )
`f-qTe  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 a*U[;(  
j9hfW'  
 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。 NimgU Fa  
 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。 i\ X3t5  
 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)。 "g&f:[a/  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Y6VJr+Ap(  
Td'(RV  
n+ebi>
}P  
L%is"NZh  
jgIG";:Q  
7. 指定区域填充因子的仿真 pka^7OWyN  
pF-_yyQ  
 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。 0P9\;!Y  
 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。 o&Xp%}TI  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 O8A1200  
 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)。 `@],J  
H/x0'  
h]ae^M  
8. 总结 0't)-Pj+,  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 8VMA~7^  
*u"%hXR  
第1步 ^]R_t@  
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}u`45W+  
F{E@snc  
第2步 RdWn =;  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 _Fa\y ZX  
扩展阅读 DX>LB$dy?  
扩展阅读 {\`ttc>  
 开始视频 9d#?,:JG  
-    光路图介绍 ~Dq-q6-@t  
 该应用示例相关文件： |7c],SHm  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 zP #:Tv'  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 K9%rr_ja!