[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) s&:LY"[`  
:{@&5KQ8)  
应用示例简述 OI0#@_L&  
|hBX"  
1. 系统细节 v5STe`  
 光源 .?{rd3[ec  
— 高斯光束 GPBp.$q+B  
 组件 XFpII45  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ~\_aT2j0  
 探测器 !$&k@#v:  
— 视觉感知的仿真  u!I Es  
— 电磁场分布 +>3XJlZV  
 建模/设计 7u[U%yd  
— 场追迹： Y_m/? [:  
 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。 wh4ik`S 1  
48;6C g  
2. 系统说明 $:IOoS|e  
^Ud1 ag!-  
}uWIF|h~  
3. 模拟 & 设计结果 zbQ-l1E  
AX6z4G  
4. 总结 7|4t;F!  
J2A+x\{<  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 { FVLH:{U^  
>YP6/w,e  
第1步 g'2'K  
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。 _dOR-<  
ffMh2   
第2步 eeKErpj8A  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 TZ#(G  
hM}rf6B  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 j{k]8sI,H]  
wz1fx>Q  
应用示例详细内容  mZGAl1`8  
UcaLi&  
系统参数 9 0PF)U  
]2O52r  
1. 该应用实例的内容 A4;EtW+F  

#rZF4>c  
tA#7Xr+  
2. 设计&仿真任务 :[icd2JCw]  
j7LuN  
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。 j1/.3\  
80qSPitj  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 "},0Cs  
mOiA}BGw  
'Xj9sAB  
4. 参数：SLM像素阵列 yGGQ;!/  
_H[LUl9  
m417=wf  
5. 参数：SLM像素阵列 Djv0]Sm^!  
tG!ApL  
21(8/F ~{  
应用示例详细内容 &
.dC%  
"ecG\}R=  
仿真&结果 y"N7r1Pf  
)=,%iL-  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 2hZ>bg  
 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)。 kR+xInDM*  
 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。 Zp5;=8wa;  
|%wgux`z  
2. VirtualLab的SLM模块 +{b!,D3sa*  

#&Xr2?E@  
AH*{Bi[vX  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Xz/5Wis4  
 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。 <5Ft3sd  
(_:k s  
3. SLM的光学功能 jg2UX  
(~C_zG  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 f?KHp|  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 xZmO^F5KHj  
 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。 l/=2P_8
+Z  
P'EPP*)q  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd "EA6RFRD  
}>)e~\Tdzb  
 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。 Z )Imj&;  
nIRJ5|G(  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 608}-J=3#  
F0yvV6;  
4. 对比：光栅的光学功能 0?DD!H)&w  
 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。 Dt1v`T~=?  
 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。 N^G $:GC  
 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)。 "6[a%f#Q  
 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。 $P=B66t ^  
 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。 $0uh8RB  
ld RV JVZc  
2(SU# /,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd GM1z@i\5  
U;o$=,_p  
5. 有间隔SLM的光学功能 8$!&D&v  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 jkTh)
Bm|'  
]4{ )VXod  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd dA)JR"r2  
kTC'`xv  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 h
xCSE$f4  
{P'_s]B)  
+"sjkdum1  
6. 减少计算工作量 4trP*u,4  
HDmjt+3&n  
采样要求： ]xx}\k  
 至少1个点的间隔(每边)。 2)iwAu   
 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。 &.m.ruab  
xz$-_NWW  
采样要求： UN FQ`L  
 同样，至少1个点的间隔。 l**gM  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 jTR>H bh  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 $nkvp`A  
u-8b,$@Z>'  
 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。 _Q9Mn-&qQ  
 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。 {V8yJ{.G  
 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)。 aUy!(Y  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 :4Gc'bR  
\?$`dA[  
~wtK(U  
Az+k8=?  
Q)/V>QW  
7. 指定区域填充因子的仿真 .S5%Qa [uW  
-qbx:Kk(  
 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。 $wr B5m?  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 Qkvg85  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 d@0p<at>~  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 f3>L/9[[<P  
9wTN*y  
; ,vGw<|o  
8. 总结 VRb+
-T7"  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。  46^9O 5J  
6YHQ/#'G~  
第1步 3}7`?$5  
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。 3P.v#TEst  
8gHOs#\  
第2步
<M y+!3\A  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 #`HY"-7m_  
扩展阅读 V 6*ohC:  
扩展阅读 kS7`g A  
 开始视频 '^{:HR#i  
-    光路图介绍 Z!& u_  
 该应用示例相关文件： [ ,&O  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 .c5)`  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 iwXMe(k