[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) *'X3z@R  
Vg23!E  
应用示例简述 KYP!Rs/j.  
T)}) pt!V  
1. 系统细节 Fx+*S3==%e  
 光源 .~}1+\~5  
— 高斯光束 j7c3(*Pl  
 组件 y?:.;%!E  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 JCaOK2XT;  
 探测器 :Yks|VJ1  
— 视觉感知的仿真 CP{cAzHO  
— 电磁场分布 3,=6@U  
 建模/设计 g*"P:n71  
— 场追迹： EP+J
N  
 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。 LDD|(KLR*.  
yZ`wfj$Jj  
2. 系统说明 MS]r:X6  
BUR*n;V`  
]q-Y }1di8  
3. 模拟 & 设计结果 9K&:V(gmw  
_y3Xb`0a  
4. 总结 JG,%qFlk  
;\l,5EG  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _~ &iq1  
Yrn)VV[)h  
第1步 N!|wo:  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 Yuc> fFA  
(~en (  
第2步 TU7'J  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ""D 4s  
<o= 8FO  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 F\KUZ[%  
pD74+/DD  
应用示例详细内容 ]cN1c}  
N"1B/u  
系统参数 B+0hzkPY  
3Hm/(C  
1. 该应用实例的内容 @fV9 S"TcM  
6x|jPb  
|a%Tp3Q~  
2. 设计&仿真任务 2"S}bfrX  
i@BtM9:  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 TuYCR>P[  
e*n@j  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Qdp)cT  
*|E[L^  
 65m"J'  
4. 参数：SLM像素阵列 _{Hj^}+$  
"x /OIf  
{vO9ptR;  
5. 参数：SLM像素阵列 Pco'l#:  
 ^Va1f'g  
,'iE;o{Tu  
应用示例详细内容 n\.Vqe  
'XBFv9&  
仿真&结果 .y,0[i V N  
qcGK2Qx  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 2,P^n4~A?w  
 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)。 SC])?h-Fw  
 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。 BI}Cg{^km  
tlt*fH$.  
2. VirtualLab的SLM模块 j9OG\m  

I15{)o(8$  
B !=F2  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 -\n@%$M]G  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 M {Q;:  
.q3/_*  
3. SLM的光学功能 <kd1Nrr!p  
BFJnV.0M!  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 FtC^5{V+V  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 8&Y^""#e)  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 [,KXze_m  
t3Y:}%M  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd :Qf '2.h)  
9,'ncw$/C  
 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。 X/M4!L}\  
1|6%evPu(  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd +|>k
CtZH%  
m<q
JcZk  
4. 对比：光栅的光学功能 ; p{[1  
 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。 oD1/{dRzj  
 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。 S+^E.  
 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)。 Zdo'{ $  
 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。 Yr=Y@~ XL  
 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。 f &wb  
Wh2tNyS  
c#tjp(-  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ,tJ" 5O3-  
}sO&. ME  
5. 有间隔SLM的光学功能 :+|Z@KB  
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。 9 ea\vZ  
x`IEU*z#  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 4^OY C  
bl(RyAgA  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 U\<?z Dw  
=-lb)Z"d  
4J([6<  
6. 减少计算工作量 do+.aOC  
t=O8f5Pf{  
采样要求： 2WV
ka  
 至少1个点的间隔(每边)。 gH7|=W  
 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。 'V=P*#|SR  
'B0{_RaTb  
采样要求： &<U0ZvrsH  
 同样，至少1个点的间隔。 c[1oww  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 zXxT%ZcCj  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 -kwXvYu\  
6s/&BR  
 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。 `eCo~(Fy  
 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。 {_Rr 6  
 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)。 K]"#C  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 /j|G(vt5  
FXN/Yq  
hP)LY=-2  
iBgx  
hUMf"=q+  
7. 指定区域填充因子的仿真 ]cMqahaY  
2!J&+r  
 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。 hPePB=  
 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。 4X |(5q?  
 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-OHjFfB  
 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)。 )MchsuF<  
%H&@^Tt a  
jesGV<`?l  
8. 总结 B1C-J/J  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 usCt#eZK  
<\ :Yk  
第1步 [t@Mn  
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。 es&vMY  
2Kyl/C,  
第2步 ssRbhlD/*1  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 T<p !5`B1  
扩展阅读 ?>rW>U6:P  
扩展阅读 4$S;(  
 开始视频 DBD%6o>]K  
-    光路图介绍 &*G#H~\  
 该应用示例相关文件： <Fc;_GG  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 9Ujo/3,Ak  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 z'\_jaj^