[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)  ES~b f  
|Vx[  
应用示例简述 ("2X8(3z  
{EoYU\x  
1. 系统细节 n1."Qix0  
 光源 _O`p(6  
— 高斯光束 mr\,"S-`  
 组件 (,U|H`  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 :y-;
V  
 探测器 >G6kF!V  
— 视觉感知的仿真 q]?qeF[  
— 电磁场分布 4X+xh|R:U  
 建模/设计 atTR6%!6  
— 场追迹： =!'9TS  
 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。 M\R+:O&  
r%U6,7d=)  
2. 系统说明 |[?Otv  
u#76w74  
):$KM{X  
3. 模拟 & 设计结果 YEu+kBlcQ  
U@Od
QAX  
4. 总结 Msqqjhoy  
tbS hSbj  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 )U %`7(bN  
?'> .>  
第1步 ;'S,JGpvT  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 /vSGmW-*  
q} e#L6cM  
第2步 !Cr3>tA  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 aopPv&jY  
+e{ui +  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 +``vnC  
%'KRbY  
应用示例详细内容 ~B;}jI]d[  
X:W\EeH  
系统参数 )E9!m  
AU9C#;JD  
1. 该应用实例的内容 r2RJb6  
Z<X=00,wg  
_&-d0'+  
2. 设计&仿真任务 lh;fqn`  
A%D'Z85 -  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 YS|Dw'%g /  
Ow;thNN  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 vkG#G]Qs";  
&wQ;J)13  
fu!T4{2  
4. 参数：SLM像素阵列 c+FTt(\8.  
7NvKpinQ  
%+'Ex]B  
5. 参数：SLM像素阵列 QM(xMq  
T_*inPf  
n-9xfn0U~#  
应用示例详细内容 i9ySD  
'l'3&.{Yfk  
仿真&结果 }TTghE!  
x;?8Zr  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM FJ0I&FyWs  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 Q/|.=:~FO  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 (2b${Q@V  
&2W"4SE]6  
2. VirtualLab的SLM模块 B{/og*xd*1  

)c11_1;  
Zn9u&!T&  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 GQ1/pys  
 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。 b+~_/;Y9  
T<*)Cdid  
3. SLM的光学功能  xL15uWk-  
vEI{AmogRx  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Fip 5vrD  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 fTj@/"a  
 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。 znrO~OK  
WWpMuB_G  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd xb\EJ1M>  
[63\2{_^v  
 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。 EV( F!&  
uX-^9t  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd =][ )|n  
KJ+6Y9b1  
4. 对比：光栅的光学功能 T7nI/y  
 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。 gGP6"|tc4  
 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。 u[**,.Ecg  
 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)。
ec;  
 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。 3(oMASf  
 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。 1@Jp3wW  
=DdPwr 0Op  
g>t1rZ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd eKOEOm+  
3VLwY!2:  
5. 有间隔SLM的光学功能 T+L=GnYl  
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@PRDI_  
~HIj+kN  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ''auu4vF  
Al?%[-u  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ,\i*vJ#f  
{^1
O  
|tAkv  
6. 减少计算工作量 g(pr.Dw6  

b>ZAkz)U+  
采样要求： 2|j=^  
 至少1个点的间隔(每边)。 &.E/%pQ`  
 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。 |?V7E\S  
ND1hZ3(^  
采样要求： I/w;4!+)  
 同样，至少1个点的间隔。 AZ(zM.y!#_  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 :#g.%&  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 T
z)Ku  
GeJ}myD O  
 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。 85!]NF  
 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。 =6U5^+|d  
 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)。 m}z6Bbis0  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ~R[ k^i.Y  
Y$>NsgQn6  
x_~_/&X5  
curYD~7  
]){ZL  
7. 指定区域填充因子的仿真 K+|XI|1p  
F^/KD<cgK  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 2V]a+Cgk  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 EmaS/]X[  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ng/h6 S  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 B:X%k/{  
6/ 5c|  
[z"E"_r~%Y  
8. 总结 %l8!p'a  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ;"cQ)=s9Y  
.nZKy't   
第1步 <cOjtq,0  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ;.AMP$o`(Y  
&jY| :Fe  
第2步 ^1~lnD~0  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 L*4"D4V  
扩展阅读 x%s1)\^A  
扩展阅读 9ye!kYF,  
 开始视频 J;~YD$  
-    光路图介绍 hY!ek;/Gc  
 该应用示例相关文件： 4AzDWK@/  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 FS5iUH+5  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 0S:&wb