[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) 7ruWmy;j  
FgPmQ  
应用示例简述 a<+Rw{  
9{A*[.XK]  
1. 系统细节 Z vyF"4QN  
 光源 Esg:  
— 高斯光束 $Df1t  
 组件 Gt!Hm(  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 \(5Bi3PA}  
 探测器 gKIN* Od  
— 视觉感知的仿真 WFqOVI*l  
— 电磁场分布 :X*uE^bH  
 建模/设计 % %2~%FVb  
— 场追迹： ~$Z_#,|i?  
 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。 $ WWi2cI;  
L;KL
mxy#  
2. 系统说明 A+3=OBpkW0  
[Kbna>`  
a<V Mh79*  
3. 模拟 & 设计结果 ];0:aSi#  
z_z'3d.r7  
4. 总结 _g"su#  
hrOp9|!m  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <R#:K7>O  
H{Na'_sL  
第1步 :/NP8$~@j  
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。 -%t8a42  
k_%maJkXp  
第2步 .:, 9Tf  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Fd9Z7C  
89A04HX  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 )v.\4Q4  
jbTyM"Y  
应用示例详细内容 h6(L22Hn  
f<3r;F7  
系统参数 E`uK7 2j  
W{;LI WsZ  
1. 该应用实例的内容 
faI4`.i  

1)
G6  
-QP1Se*#  
2. 设计&仿真任务 &oiBMk`*  
F?TmOa0  
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。 CB?H`R pC.  
Q|cA8Fn  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 z3-AYQ.H  
Z7R+'OC  
%bUpVyi!(  
4. 参数：SLM像素阵列 T?FR@. Rm  
KHXnB  
DnPV Tp(>  
5. 参数：SLM像素阵列 gG=E2+=uy  
l,3[hx  
jDc5p3D&[]  
应用示例详细内容 zHCz[jlrMq  
l=J
K+uZ  
仿真&结果 o,RLaS,BK'  
DavG=kvd  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Nm=W?i  
 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)。 RA+k/2]y!  
 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。 ]={{$}8.  
QRv2%^L  
2. VirtualLab的SLM模块 1jozM"H7Q  

u-. _;  
s0"1W"7vh  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 *^u5?{$l(  
 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。 jM90 gPX>,  
fz8eL:i:  
3. SLM的光学功能 u-7/4Y)c  
!}^{W)h[  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 x*[\$E`v  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 3B|o   
 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。 e;<=aa)}?  
|L4K#  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd pVt8z|p_;{  
NQ!jkojD  
 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。 A@EeX4N  
]`&ws
  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 70L{u
+wIy  
_{6QvD3kg.  
4. 对比：光栅的光学功能 %@5f+5{i!z  
 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。 'kK}9VKl  
 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。 0zaE?dA]  
 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)。 },'2j  
 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。 w Maib3Q  
 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。 A -G?@U  
0I4RZ.2*Y  
]z,W1Zs?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd wz5xJ:Tj  
E[>4b7{g:  
5. 有间隔SLM的光学功能 bH&Cbme90-  
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。 `
IiAtS  
UfSWd
R)  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd [Zk|s9  
Kgi%Nd  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 'c\zWmAZ  
1_THBL26d  
67Z|=B!7  
6. 减少计算工作量 0}k[s+^  
Hm4:m$=p4  
采样要求： b;O]@kBB
 
 至少1个点的间隔(每边)。 I3D8xl>P\  
 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。 P}y}IR{6  
DHJh.Y@H  
采样要求： a1B_w#?8  
 同样，至少1个点的间隔。 #Na3eHT  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 5zX;/n~  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 (Kd;l&8  
<7/_Vs)F0  
 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。 C] qY  
 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。 8MGtJ'.  
 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)。 6]rIYc[,  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 \1hbCv$Hf  
_ro^<V$%  
K?,eIZ{.S  
*fso6j#%  
2ixg ix  
7. 指定区域填充因子的仿真 iXK.QktHw  
uOc:^  
 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。 *x2+sgSf_0  
 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。 N%%2!
Z#  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 j<>E Fd  
 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)。 N|Xx#/  
H%> E6rVB  
$As;Tvw.  
8. 总结 u~7m
H  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 xQ9P'ru  
NypM+y  
第1步 m.e+S,i  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 J^8(h R  
e3,TY.,Ay  
第2步 xDv$z.=Y  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Md(AqaA  
扩展阅读 A(G%9'T  
扩展阅读 \fIGMoy!  
 开始视频 GOuBNaU{  
-    光路图介绍 m/RX~,T*v&  
 该应用示例相关文件： Qn'Do4Le  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 0YK`wuZGS  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 huFT_z_;;