[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) A#`$#CO  
J<0sT=/2$  
应用示例简述 _*z^PkH  
fNda&  
1. 系统细节 n3? msY(*  
 光源 BW)@.!C  
— 高斯光束 1Y"9<ry  
 组件 E#d~.#uH  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 jBEW("4R  
 探测器 |)d%3s\  
— 视觉感知的仿真 ^$`mS&3/q  
— 电磁场分布 ;mI^J=V3  
 建模/设计 $J<WFDn9  
— 场追迹： [zl4"|_`  
 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。 'PrBa[%  
h}tC+_"D  
2. 系统说明 W2%@}IDm  
Ugo!  
Y9-F\t=~  
3. 模拟 & 设计结果 0`V=x+*,  
$[Ut])4 ~  
4. 总结 'pUJR
Eb  
*N: $,x
f  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 k&L/JzzI  
G]$EIf'  
第1步 d=D#cs;\  
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。 n5oX51J  
<l!:#u  
第2步 VcsMDa  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ePq(
.o  
@+nCNXK  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 )n<p_vz  
y5KeUMcu  
应用示例详细内容 RnC+]J+?4  
V$FZVG/@#  
系统参数 g9;s3qXiG  
"*`!.9pt  
1. 该应用实例的内容 '.N}oL<gP  
O> _ F   
B1Pi+-t  
2. 设计&仿真任务 __+8wC  
*:+ZEFMq  
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。 M/lC&F(  
#=0 BjW*  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 [+l
6x1Am  
v:Gy>&  
rtbV*@Z  
4. 参数：SLM像素阵列 l{]KA4  
9Nna-}e?W  
Gj%q:[r  
5. 参数：SLM像素阵列 p{v*/<.;  
o~CEja&(  
bJ9*z~z)e  
应用示例详细内容 ?7lW@U0  
`'5vkO>  
仿真&结果 HCkfw+gaV  
/ece
}7M  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 3G<4rH]  
 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)。
Ahbh,U  
 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。 &w`DF,k|  
,uNJz-B8  
2. VirtualLab的SLM模块 bYpeI(zK  

=vQ J2Rg  
<}'=@a  
 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]tQmV8e  
 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。 ]9_}S  
?*xH HI/  
3. SLM的光学功能 Y-st2r[,  
5}w  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 3` oOoKX  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Q@PDhISa  
 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。 ~b X~_\  
u)r:0;5  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd v.4G>00^  
f)a0!U 44  
 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。 QS\wtTXj  
<HN{.p{  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd WcM\4q@  
}a
9G,@:k  
4. 对比：光栅的光学功能 4$ihnb`DQN  
 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。 @^.W|Zh[&  
 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。 q{B?j%.o  
 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)。 `F&~SU,  
 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。 ^Mc9MZ)  
 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。 q3h&
V  
FINHO058^Y  
7m]J7 +4  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd lQ!OD&6  
aH@-"Wi  
5. 有间隔SLM的光学功能 ;y1/b(t  
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。 ?YS 3)  
g*LD}`X/-  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd YOrq)_ l  
'6>*J  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 G-RDQ  
NW 2`)e'  

10c.#9$  
6. 减少计算工作量 hh%?E\qM  
-<5{wQE;|  
采样要求： ysp`(n=  
 至少1个点的间隔(每边)。 C&*1H`n  
 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。 BL_0@<1X  
5dE=M};v  
采样要求： 8=joVbs  
 同样，至少1个点的间隔。 rJCb8x+5a  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Hk h'h"_r  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 DU]KD%kl  
sO6=w%l^  
 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。 iT,7jd?6#  
 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。 R(VOHFvW6  
 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)。 /}L2LMIm  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 3z2 OW@zL$  
8 p[n>qV9  
S 593wfc  
v}V[sIs}  
^V96lKt/  
7. 指定区域填充因子的仿真 *0eU_*A^zO  
u{\'/c7G  
 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。 ,#&7+e!]>P  
 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。 5~:/%+F0=  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Px \cT  
 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)。 (?JdiY/  
pWJEFm  
.#|?-5q/iN  
8. 总结 ZcyGLg0I  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 p&]V!O  
8j3Y&m4^  
第1步 ,bdjk(  
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。 xLOQu.  
0.n[_?<(  
第2步 Kob,}NgqZ  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 GjHR.p?-  
扩展阅读 E8}evi  
扩展阅读 ';/J-l/SE  
 开始视频 <]LljTm`i  
-    光路图介绍 9N}\>L)_  
 该应用示例相关文件： oR=i5lAU  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 f6`GU$H  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 C=r2fc~w