[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) c$Nl-?W  
ojs/yjvx  
应用示例简述 gdn,nL`dP  
f*H}eu3/j  
1. 系统细节 Z.Y8z#[xg  
 光源 w\Eve:  
— 高斯光束 E6IL,Iq9  
 组件 1~iBzPU2  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 BOcEL%+  
 探测器 2!& ;ZcT,  
— 视觉感知的仿真 7&U+f:-w  
— 电磁场分布 HQ#L |LN  
 建模/设计 JU`'?b  
— 场追迹： 5suSR;8  
 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。 -`<N,  
-8J@r2\
 
2. 系统说明 gGz_t,=  
RPqn#B  
t$ ~:C  
3. 模拟 & 设计结果 o\YdL2:X  
w0>)y-  
4. 总结 2F)OyE  
HDG"a&$   
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Y7I  
Yy;1N{dbT  
第1步 ,UJPLj^  
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。 CZno2$8@e  
VTkT4C@I;Y  
第2步 !Dn1pjxc  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Z s!q#qM  
Gi_X+os  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 jtCob'n8  
E$fy*enON  
应用示例详细内容 )n61IqrW  
\
FX3=WW  
系统参数 B ~bU7.Cd  
Ppn
ZlGQ6  
1. 该应用实例的内容 ag4^y&  
G`K7P`m  
^HKaNk<  
2. 设计&仿真任务 )u:8Pv  
a'.=.eDQ  
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。 3Jit2W4  
wY)GX  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Hd}t=6  
g5]DA.&(  
#!<s& f|O  
4. 参数：SLM像素阵列 Gs?sO?j  
[_GR'x'0x  
g)Uh   
5. 参数：SLM像素阵列 dTNgrW`4  
$O>MV  
Wsz9X;  
应用示例详细内容 dz DssAHy  
g9`ytWmM  
仿真&结果  Hh/#pGf2  
*Fs^T^ ?r  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM L^Af3]]2  
 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)。 !T1i_  
 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。 z(a:fL{/XG  
7E]l
=Z`x  
2. VirtualLab的SLM模块 5rhdm?Ls0  

L3Iz]D3s  
s;)tLJ!  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 =z dti'2{4  
 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。 e1a%Rj~  
`fHiY.-  
3. SLM的光学功能 {uG_)GFr0  
n*|-"'j  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 F:U_gW?  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 rGO3  
 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。 2Ki/K(  
r#}%sof  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd Mqy`j9FbL  
:H7 "W<  
 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。 Sy~Mh]{E  
=ye}IpC*M  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd D~,R@7  
ld6@&34  
4. 对比：光栅的光学功能 1 ErYob.p  
 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。 y2>]gX5  
 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。 D[?|\?  
 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)。 O*7~t17  
 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。 %;gWl1&5  
 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。 P$yJA7]j;%  
#v<+G=r*O  
f#+ h_1#  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 4j{ }{  
&kE|~i:=,9  
5. 有间隔SLM的光学功能 5sUnEHN  
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。 &!Vp'l\9  
t$2{U  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 1x)%9u}  
_!D$Aj  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 t~M_NEPxV  
V-|}.kOH2  
03y<'
n  
6. 减少计算工作量 x(~
l[hT  
Ws@s(5r  
采样要求： |@F<ajlV  
 至少1个点的间隔(每边)。 v]>(Ps )R  
 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。 +aap/sYp  
\~>#<@h  
采样要求： "M]]H^r5  
 同样，至少1个点的间隔。 |Can  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 R!ij CF\  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 hGLBFe#3  
ljRR  
 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。 4{=Em5`HbO  
 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。 *np|PyLP:  
 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)。 ZhU2z*qN#  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 i|e-N?l  
j
w)t"S/E  
1^mO"nX  
2vLn#  
t s&C0  
7. 指定区域填充因子的仿真 H{If\B%1t  
[o6d]i!  
 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。 RY&~{yl$"1  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 a>6p])Wh  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 QQJcvaQ  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 O #"O.GX<  
z!tHn#  
OB:G5B`  
8. 总结 Wk?XlCj  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 U.\kAEJ  
MLl:)W*  
第1步 FK>rc3 q  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 n$>H}#q  
1x]G/I*  
第2步 Im2g2]  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 _kfApO)O  
扩展阅读 hk(^?Fp  
扩展阅读 g"xZ{k_3  
 开始视频 {v(3[7  
-    光路图介绍 AyWCb  
 该应用示例相关文件： 3JwmLGj}  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 aE+E'iL  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 p-Z5{by