[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) /%aiEhL  
RyB~Lm`ZK%  
应用示例简述 \,Lo>G`!  
Hy"x  
1. 系统细节 XNMa0  
 光源 Do%-B1{ri  
— 高斯光束 IL/Yc1  
 组件 7`IpBm<  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 /"H`.LD.?  
 探测器 )Rat0$6  
— 视觉感知的仿真 =$8nUX`  
— 电磁场分布 kPBV6+d~  
 建模/设计 L\{IljA  
— 场追迹： e^YHJ>@  
 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。 |sZ!  
$N']TN  
2. 系统说明 wfvU0]wk}  
0n~Zz  
\k`n[{  
3. 模拟 & 设计结果 BG^C9*ZuP  
H xV#WoYKj  
4. 总结 y|&}.~U[  
F
["wDO  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 &bz:K8c  
'evj,zFhW  
第1步 ]{ BEr*  
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。 *tOG*hwdT  
R8L_J6Kpa  
第2步 n26Y]7N  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 6J~12TU,  
CSbI85F  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 X.K<4N0A9J  
?.c;
oS|  
应用示例详细内容 WD;Y~|  
@''GPL@  
系统参数 t&5%?QyM  
Sx:Ur>?hd5  
1. 该应用实例的内容 Nfe>3uQK  
nhSb~QqEh  
xt'tL:d  
2. 设计&仿真任务 vB37M@wm  
rPc7(,o*  
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。 S0g'r !;6  
wi8Yl1p]!z  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Zn,>]X  
1iL'V-y  
'sp-%YlM -  
4. 参数：SLM像素阵列 cH<q:OYi  
Sx*oo{Kk%  
%xlqF<  
5. 参数：SLM像素阵列 =.|J!
x  
T,fI BD:  
#U=X NU}k  
应用示例详细内容 9p 4"r^  
H4OhIxK  
仿真&结果 d_S*#/k  
~9F,%  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 4>^K:/y  
 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)。 wn>edn  
 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。 Fg$3N5*
 
_<$>*i R  
2. VirtualLab的SLM模块 H9 C9P17  

(F7_S*  
PCd0 ?c   
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 =O _z(  
 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。 B:"THN^  
V&soN:HS  
3. SLM的光学功能 TGuiNobD  
UL
c`~]  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 in<Rq"L  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 hA 3HVP_  
 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。 $(s\{(Wn  
}],Z;:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd pqvOJ#?Q}=  
8$|8`;I(  
 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。 *5sBhx  
Nf+b"&Zh`  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 4fh^[\  
zeP}tzQO  
4. 对比：光栅的光学功能 ,3v+PIcMM+  
 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。 -Z4{;I[Q@  
 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。  6,1b=2G  
 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)。 {^{p,9  
 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。 NT%W;)6m9  
 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。  gB\T[RV  
\&V0vN1  
h:XzUxL\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd |5I'CNi\  
jO9ip  
5. 有间隔SLM的光学功能 |6J ?8y  
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。 q,<[hBri-  
d;tkJ2@NO  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd HhA -[p  
)T907I|  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 1ju#9i`.Wg  
})vOaYT|-  
[MX;,%;;  
6. 减少计算工作量 0YH+B
 
2Zuq?1=  
采样要求： v,NHQyk  
 至少1个点的间隔(每边)。 ?[ly`>KpJ  
 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。 NIZ<0I*5  
"%WgT2)m.  
采样要求： ,!G{5FF8:  
 同样，至少1个点的间隔。 ?&WYjTU]H  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 "wH)mQnd  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 M|T4~Q U&  
T1B|w"In  
 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。 e"-X U@`k1  
 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。 ?wMHS4  
 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)。 5_K5?N  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 k'`m97B  
tc_f;S`k  
N;F)jO xsl  
G@!z$  
<j}lp-  
7. 指定区域填充因子的仿真 N5|Rmfo1  
fnzy5+9"  
 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。 78n}rT%k1  
 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。 u#
W5`
sl  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 -9P2`XQ^  
 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)。 6XEZ4Q
P}  
ydl jw  
m(D]qYwh  
8. 总结 ,zcQS-e2  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 iWXc  
x9>\(-u
U  
第1步 Gtv,Izt  
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。 pvWau1ArNq  
OQ/<-+<
w  
第2步 Pvo#pY^dXX  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ]>##`X  
扩展阅读 oqkVYlE  
扩展阅读 i;\s.wrzH  
 开始视频 -P=g3Q i  
-    光路图介绍 `Y?t@dd  
 该应用示例相关文件： TmRxKrRs  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 n_[i0x7#  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Dkw%`(Oh/,