[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) 9)[)07  
-nD}k  
应用示例简述 eH*i_g'  
1j}e2H  
1. 系统细节  YOfYa  
 光源 E+ XR[p  
— 高斯光束 5ff5M=M  
 组件 9Ns%<FRO@  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 @.dM1DN)  
 探测器 ?}uvpB1}  
— 视觉感知的仿真 *y+K{ fM1  
— 电磁场分布 31]Vo;D  
 建模/设计 >h9~ /  
— 场追迹： =:TQ_>$Nc2  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 n(n7"+B  
n"~K",~P  
2. 系统说明 E3x<o<v  
jrm^n_6};  
rc`Il{~k  
3. 模拟 & 设计结果 <8h3)$  
zQGj,EAM}  
4. 总结 ZXbq5p_  
hO$29_^"  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 6@d/k.3p  
hA
`9[58/  
第1步 &u) qw}  
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。 jC-`u-_'j  
SM<qb0
 
第2步 r$LU$F  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 mkgL/h*  
S4E@wLi  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 pUgas?e&  
d%!yFix;<  
应用示例详细内容 O`~L*h_  
V Kc`mE  
系统参数 3m~3l d  
;>]dwsA*P  
1. 该应用实例的内容 [H2su|rBI`  
)R@Y$*fm  
"/hLZl  
2. 设计&仿真任务 1bCS4fs^>  
0U2dNLc  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 '?$<k@mJW  
@3I?T Q1  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Ax4;[K\Q  
"nNT9 K|  
X(]J
\?n'  
4. 参数：SLM像素阵列 E_xk8X~  
fKs3H?|  
G<~P||Lu^  
5. 参数：SLM像素阵列 2T"[$iH!7  
En8L1$_  
7l'1  
应用示例详细内容 kPnuU!  
Z~"8C Kz  
仿真&结果 oTpoh]|[
 

s%N6^}N  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM pTYV@5|  
 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)。 ;s-fYS6(>{  
 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。 A&Q!W)=  
h{PJ4U{W  
2. VirtualLab的SLM模块 
?bG82@-  

?&b"/sRS  
1| xKb(_l  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 mldY/;-H!1  
 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。 fp"GdkO#}i  
{6wy}<ynC+  
3. SLM的光学功能 ?z
K>[L  
t3.I ` Z  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 S|BS;VY  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 NV3oJ0f&2  
 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。 2u}ns8wn  
e" p5hpl  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd @N\ Ht'f  
2AjP2  
 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。 &$pA,Gjin\  
S^@#%>  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd A~wyn5:_  
c=IjR3F  
4. 对比：光栅的光学功能 7"k\i=  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。
WQY\R!+  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 v/G^yZa  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 9/5EyV  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 ]Ai!G7s8P  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 fH_Xm :%  
7+J<N@.d  
.@f)#2  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd J2$=H1-  
3;EBKGg|  
5. 有间隔SLM的光学功能 3WY:Fn+#  
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。 \ id(P3M  
8
t&'Yk  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd h&IF?h  

hhr>nuA  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 nZkMyRk  
!%G;t$U=M  
1.z !u%2  
6. 减少计算工作量 x@<!#d+  
)$E'2|Gm/  
采样要求： lJBZ0  
 至少1个点的间隔(每边)。 ;UWp0d%  
 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。 7e<\11uI]a  
~ePtK~,dv  
采样要求： o%73M!-  
 同样，至少1个点的间隔。 <h1J+  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 3+:
uV  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 N
+ei)-  
|>=\ VX17  
 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。 v!rOT/I  
 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。 z_9qT"vF  
 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)。 ;?!pcvUi  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 z%WOv~8~  
F}_Zh9/$(  
C~VyM1inD  
dY]iAJ  
x9H qc9q  
7. 指定区域填充因子的仿真 Y]HtO^T2  
D$bJs O  
 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。 bn"z&g  
 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。 *uZ'MS  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 %Wb$qpa  
 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)。 $*d
Y f  
t)*A#
  
("j*!Dsd  
8. 总结 Ty"=3AvRLV  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 /pnQKy.  
PhC{Gg  
第1步 8*yky  
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。 38(|a5  
W|[k]A` 2  
第2步 qt#4i.Iu+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 vke]VXU9z  
扩展阅读 }WG -R  
扩展阅读 FuZLE%gP  
 开始视频 Z~Z+Yt;,9a  
-    光路图介绍 p4{3H+y  
 该应用示例相关文件： ,V:RE y  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 rlVo}kc7:  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 [=I==?2`X