[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) )e@01l  
^vYVl{$bT  
应用示例简述 x8\E~6`,  
Y:DNu9  
1. 系统细节 Z&AHM &,yj  
 光源 45]Ym{]  
— 高斯光束 n$XMsl.>  
 组件 Bl>_&A)  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 %i;r]z-  
 探测器 0sq=5 BnO  
— 视觉感知的仿真 67Af} >Q  
— 电磁场分布 W;xW: -  
 建模/设计 O|A~dj`  
— 场追迹： s:-8 Z\,  
 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。 ]#vvlM>/  
w`H.ey  
2. 系统说明 o[5=S,'  
$O;N/N:m  
hNu>s  
3. 模拟 & 设计结果 [lDt0l5^  
z*??YUT\M  
4. 总结 qat45O4A1  
q/W{PBb-2k  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 L%c]%3A  
):|G kSm  
第1步 gJ)h9e*m^  
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。
pgLzFY['  
T! &[  
第2步 .{'Uvn  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 @p9e:[  
Zzt
t)/6*  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 C,sD?PcSi+  
a}[=_vb}K  
应用示例详细内容 lx A<iQi
a  
F^%{ ;  
系统参数 /iuUUCk  
89:?.'  
1. 该应用实例的内容 %x cM_|AyR  
YoSo0fQA  
+O.&64(
 
2. 设计&仿真任务 } K+Q9<~u  
cEh0Vh-]  
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。 {WM&  
MA/"UV&M(  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 IGF37';;  
NIWI6qCw  
q N[\J7Pz9  
4. 参数：SLM像素阵列 q>(I*=7  
84hi, S5P  
$BR=IYby  
5. 参数：SLM像素阵列 <'o'H  
Z;"4$@|qE  
?@g;[310`  
应用示例详细内容 7(+OsE  
a@S4IoBg%  
仿真&结果 $Z(
g=nS>  
&bS"N)je  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM BRSgB-Rr7  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 |)!k@?_  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 0$F _hZU  
J^F(]  
2. VirtualLab的SLM模块 {'=Nb 5F  

H8o%H=I%  
xi1N? pP  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 jr#g>7yM  
 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。 #<W
yId(  
^NnU gj  
3. SLM的光学功能 Ls$g-k%c@Q  

5.C[)`_  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 vhE}{ED  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 LBbo.KxAe3  
 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。 X,JWLS J  
bHWvKv+  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd TW-zh~|F  
~\@<8@N2a6  
 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。
K+`-[v5\  
i Ks,i9j  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd /F8\%l+  
1$3XKw'  
4. 对比：光栅的光学功能 Q 2SSJ  
 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。 _'v }=:X  
 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。 Y+"hu2aPkY  
 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)。 ^b|Nw:  
 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。 Z.Y;[Y  
 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。 xJH9qc ME  
F)<G]i8n~  
(fk, 80  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd yZ(Nv $[5  

9^ *ZH1  
5. 有间隔SLM的光学功能 !EmR(x  
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。 +{Vwz  
ixJ20A7  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 5(MZ%-~l  
{,-5k.P[  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 !>kv.`|7~  
FOU
s= E[  
oN6*WNtJ  
6. 减少计算工作量 M-qxD"VtV=  
W|-N>,G
 
采样要求： I;11j  
 至少1个点的间隔(每边)。 !Bd* L~D  
 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。 {+UNjKQC  
3W0E6
H"  
采样要求： 4M<JfD  
 同样，至少1个点的间隔。 +q_lYGTiO  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 v[yTk[zd0  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 w<F;&';@h  
lTOM/^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。 8hdAXWPn  
 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。 5N3!!FFE  
 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)。 bmq X
P  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ";Ig%]  
feq6!k7  
s3
E~X  
^B6i6]Pd=9  
>~wk  
7. 指定区域填充因子的仿真 R#Nd|f<  
uSQ>oi]  
 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。 $8T|r+<  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 5bznM[%xO  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ]{6yS9_tuI  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 qL;T&h  
G$kwc F'C  
$
I6eHjYT  
8. 总结 'hi\98y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 F?,&y)ri  
ZYD88kQ  
第1步 $}nUK~$GSv  
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。
Rd1k
u=  
%d#)({N  
第2步 5NvyK[w]  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 uj1E* 98m  
扩展阅读 1 GHgwT  
扩展阅读 QKaj4?p$|S  
 开始视频 I7z]%Z  
-    光路图介绍 *=I
f1qZs  
 该应用示例相关文件： [11-`v0  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 8OtUY}R  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 '%RK KA