[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) Lco~,OE  
_ q(ko/T  
应用示例简述 cpe+XvBuK  
4~ q5,^kgB  
1. 系统细节 tGD6AI1"I  
 光源 /1Qr#OJ(]  
— 高斯光束 e{h<g>7  
 组件 y_
'Ub{w  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 7yG#Z)VE  
 探测器 8{|8G-Mi  
— 视觉感知的仿真 "$~':) V"  
— 电磁场分布 dWM'fg  
 建模/设计 h(<,fg1  
— 场追迹： Um}  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 ob+b<HFv  
bH-ub2@qO  
2. 系统说明 +s"hqm  
}Q)#[#e  
l3KVW5-!gS  
3. 模拟 & 设计结果 rR$h*  
Yw22z #K  
4. 总结 s6ZuM/Q  
tf=6\p  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。
jTf@l?|  
=
4vy@7/  
第1步 9V'%<pk''(  
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。 _ ?TN;  
&qLf@1AD  
第2步 )) Zf|86N  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 O ~(pg  
7WZr
SC  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 4]rnY~  
UN7EF/!Zz  
应用示例详细内容 fr,7rS/w{l  
g-qP;vy@"q  
系统参数 SIe="YG]<  
 ^le<}  
1. 该应用实例的内容 zqd@EF6/bz  
ylUb9KusOx  
2:*w~|6>}5  
2. 设计&仿真任务 Y4%:7mw~=  
pEw"8U  
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。 f'8kish  
SEORSS  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 OHv[#xGuV?  
`{4i)n%e&  
3NZK*!@'  
4. 参数：SLM像素阵列 M])ZK  
w;D+y*2  
(w&F/ynO:  
5. 参数：SLM像素阵列 4pe'06:  
E"\/M  
M\C"5%2Mu  
应用示例详细内容 \:R%4w#Jv  
t4{rb, }W  
仿真&结果 #XK2Ien)Z  
X$%'  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 1m+p;T$  
 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)。 $r@ =*(  
 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。 z,|r*\dw  
BW-`t-,E;  
2. VirtualLab的SLM模块 /{|EAd{  

|].pDwgt  
85lCj-cs  
 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/Eb:  
 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。 ]d55m/(   
>d~WH@o`G  
3. SLM的光学功能 ?:Mr=]sD  
^F>cp ,x  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 /`9sPR6e  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 XttqOf  
 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。 CPgCjtY  
#btLa\HJ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd EJ@?h(O  
U0=]  
 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。 nJbtS#`G4  
r/& sub"X  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd uC.K<jD%  
2#o>Z4 r{  
4. 对比：光栅的光学功能 c?P?yIz6p  
 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。 @95FN)TXZY  
 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。 5>VY LI  
 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)。 %R1tJ(/  
 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。 vQ<90ZxqB  
 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。 f5F@^QXQ  
0MV>"aV  
'[J<=2&  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd whonDG4WP  
VQY&g;[d  
5. 有间隔SLM的光学功能 5pU2|B
k /  
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。 Zkx[[gzL  
pp.6Ex (R  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd jxiC Kx,G  
H1I{/g  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 J%V-Q>L  
Av?2<  
N+zKr/  
6. 减少计算工作量 ii%+jdi.  
A;5n:Sd  
采样要求： |_}2f  
 至少1个点的间隔(每边)。 D6CS8 ~"  
 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。 T_X6Ulp  
_8Z_`@0  
采样要求： bfA=3S"0  
 同样，至少1个点的间隔。 DjI3?NN  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ;^La"m  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Vm5c+;  
]BtbWKJBqe  
 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。 Z-8Yd6 4  
 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。 # S}Z8  
 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)。 O@MGda9_;  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ZeUvyIG  
"8~:[G#  
uA,>a>xYI  
cZH-"  
`Q+(LBP  
7. 指定区域填充因子的仿真 H~GQ;PhRx  
MS>t_C(  
 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。 *5 |)-E  
 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。 F.-R r  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 @o#!EfZyE  
 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)。 !Gu%U$d  
S;~g3DCd  
(T>nPbv)  
8. 总结 @Ys!DScY,  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Jg]'+>,J  
'\Jj8oJQj  
第1步 {~h*2n  
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。 BBH0OiV=  
UbEb&9}  
第2步 bV edFm  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 +E1I");  
扩展阅读 AjJURn0`,!  
扩展阅读 zG' "9kJx  
 开始视频 }"|"Q7H  
-    光路图介绍 :ml2.vP  
 该应用示例相关文件： o@#Y8M  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 |}{B1A  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 uC8L\UXk