[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) jZ.yt+9  
;g0s1nz  
应用示例简述 S#]]h/  
^BF}wQb:j  
1. 系统细节 7.29'  
 光源 jC&fnt,O  
— 高斯光束 dWn6-es  
 组件 yv-R<c!'  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 {N~mDUoJ|  
 探测器 hi,=" /9
 
— 视觉感知的仿真 ]({-vG\m  
— 电磁场分布  u 8o!  
 建模/设计 RQE]=N  
— 场追迹： 6La[( )  
 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。 h@`Rk   
V,KIi_Z  
2. 系统说明 R%.`h  
D=ej%]@iw  
z)T-<zWO;  
3. 模拟 & 设计结果 ^/#+0/Bn  
PMP{|yEx"  
4. 总结 ;^/ruf[t  
$U[d#:]  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 UC+Qn  
; $rQ  
第1步 ?J2{6,}O*.  
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。 GQt5GOt  
Onx6Fy]L  
第2步 Vq3NjN!+5  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 pwN2Nzski  
$^Xxn.B9  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 =>'8<"M5z  
Z
8=?Hu  
应用示例详细内容
C@Wzg  
>n,_Aj c  
系统参数 PzPNvV/o  
k^oSG1F  
1. 该应用实例的内容 .OJGo<#$f  
z<eu=OD4t  
-o+t
&m  
2. 设计&仿真任务 s{dm,|?Jl,  
uL)MbM]  
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。 bbjba36RO  
<qR$ `mLN  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 hp)>Nzdx  
nC3+Zka  
L9/'zhiZBx  
4. 参数：SLM像素阵列 ZJ{DW4#t  
O ?T~>|  
<l1/lm<#  
5. 参数：SLM像素阵列 ])?dqgwa  

"5eD >!  
?`TJ0("z"  
应用示例详细内容 2- L-=0  
2M+RA}dX  
仿真&结果 ]MYbx)v)  
vE9"1M  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM qtOuA  
 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)。 :fmV||Q  
 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。 s>;"bzzq  
Mzg3i*  
2. VirtualLab的SLM模块 9]3l'  

!&OdbRHM  
W4 q9pHQ  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 :G#%+,  
 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+f|.0r  
u|23M,  
3. SLM的光学功能 8GxT!  
U+VJiz<!  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 n^QDMyC;I  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 q"Bd-?9  
 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。 S*}GW-)oA  
:C;fEJN  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd hak#Iz0[C  
5 n4/}s  
 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。 Tyb_'|?rW  
Yaq0mef0  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd gs2qLb  
<=uO*s>%  
4. 对比：光栅的光学功能 2;]tItd1  
 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。 ]Q^8 9?  
 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。 NHZMH!=4:n  
 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)。 w32F?78]  
 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。 6Hc25NuQZ  
 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。 ~(m6dPm$}m  
Rt%Dps%  
%|@?)[;  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Q9y|1W
g1W  
NO*~C',cI/  
5. 有间隔SLM的光学功能 ?_pd#W=!  
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。 h<m>S
,@g  
J'cE@(US  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd .*k!Zl*  
FIn)O-<  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 KI<x`b  
ve#[LBOC8  
)P1NX"A  
6. 减少计算工作量 >&<D.lx  
!4F@ !.GG!  
采样要求： tSDp>0yZ3  
 至少1个点的间隔(每边)。 oi3Ix7  
 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。 UL7%6v{'*  
TuM
ZHB7h;  
采样要求： kH=~2rwm  
 同样，至少1个点的间隔。 uJ*|SSN~  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 w*SFQ_6YE  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 r~;.8
qs  
VAxk?P0j6  
 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。 RkdAzv!Y7  
 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。 
'U`I  
 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)。 1?+)T%"  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 AMgvk`<f  
Q6Zh%\+h(  
hYCyc-W  
G`!;RX  
XeBSHvO_  
7. 指定区域填充因子的仿真 \No22Je6d  
J! eVw\6  
 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。 WY~
}sE  
 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。 6a`_i  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 [/t/694  
 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)。 "ZVBn!  
EVmE{XlD;  
^?[^o\/@R  
8. 总结 X'bp?m  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 J2#=`|t"  
ZsPBs4<p  
第1步 Ah2XwFg?  
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。 +ACV,GG  
nBiA=+'v  
第2步 l:+pO{7L  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ?Ve5}N  
扩展阅读 f{Y|FjPp=E  
扩展阅读 tbv6-)Hs  
 开始视频 !c`Q?aGV)  
-    光路图介绍 "/XS3sv"s  
 该应用示例相关文件： <^ )0M  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 -+I! (?  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ZCJ8I