[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)XnS'  
#\K"FE0PGz  
应用示例简述 U?5G%o(q  
eq<!  
1. 系统细节 -I;\9r+  
 光源
cT;Zz5  
— 高斯光束 j^hLn>  
 组件 rrphOG  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 mGJRCK_  
 探测器 bg)}-]u]  
— 视觉感知的仿真 3kwkU  
— 电磁场分布 cHOC>|  
 建模/设计 pEW~zl  
— 场追迹： hR.vJ2oa  
 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。 |goK@<  
+NiCt S  
2. 系统说明 0f'LXn  
ip1gCH/?_+  
8f65;lyN  
3. 模拟 & 设计结果 M0KU}h  
@*|T(068&  
4. 总结 B`jq"[w]-  
3 4&xh1=3  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 B$hog_=s  
+!$`0v
  
第1步 ~mMTfC~9  
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。 o-;/x)  
64>CfU(  
第2步 !?+q7U  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ~-R2mAUK  
1083p9Uh  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 o)R<sT  
4GXS(  
应用示例详细内容 XGjFb4Tw
7  
hr hj4  
系统参数 >vO+k^'Y  
#l7v|)9v  
1. 该应用实例的内容 S_;r!.
  
^6LnB#C&  
Ed2A\S6tl  
2. 设计&仿真任务 {esb"beGLa  
m -hZ5
i  
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。 )+w1nw|m  
6E9/z  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 8B5WbS fL^  
KDH<T4#x  
kQQDaZ8  
4. 参数：SLM像素阵列 ED>a'y$f  
Gzg3{fXl  
7?y7fwER  
5. 参数：SLM像素阵列 /H3w7QU  
;Me*#/  
;-;lM6zP  
应用示例详细内容 yf4L0.  
%/5Wj_|p  
仿真&结果 pVrY';[,|  
WIpV'F|t]`  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM XD't)B(q  
 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)。 }&==;7,O  
 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。 4-Jwy  
4z9lk^#"X  
2. VirtualLab的SLM模块 5C^@w
 

 5sN6&'[  
{8`$~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。 ]^>:)q  
 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。 dM P'Vnfj  

H\\
FAOj  
3. SLM的光学功能 bovAFdHW  
n;Q8Gg2U  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 QG2 Zh9R  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 T#*H  
 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。 4v3gpLH  
s(J>yd=  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd uoeZb=<  
{ I\og  
 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。 U V*Ruy-  
h:r?:C>n  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ( }Bb=~  
Hbd>sS  
4. 对比：光栅的光学功能 P)J-'2{  
 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。 Y0A(-
"  
 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。 "J=Cy@SSa  
 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)。 w D r/T3  
 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。 NRx I?v  
 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。 }2Euz.0  
2zW IB[  
#kq!{5,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Fb=uN   
|iUC\F=-  
5. 有间隔SLM的光学功能 Jou*e%  
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。 !2l2;?jM  
V K 7  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd &ah%^Z4um  
>7%T%2N  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 VJ&<6  
Hz2Sx1.i  
'xGhMgR;  
6. 减少计算工作量 r]Wt!oHm5  
%xOxMK@  
采样要求： z[v4(pO6  
 至少1个点的间隔(每边)。 VN!
nef  
 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。 tZz
%x?3G  
iaeNY;T  
采样要求： Zd>sdS`#r  
 同样，至少1个点的间隔。 _#6Qf  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 J 3C^tV  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 -bzlp7q*  
~ILv*v@m  
 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。 xd^Pkf  
 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。 k'#3fz\  
 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)。 Kq-1 b  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 aSX4~UYB=  
Y6VJr+Ap(  
,v>;/qm  
3zD#V3=  
c]aU}[s1  
7. 指定区域填充因子的仿真 cOX)+53  
}3X/"2SW^  
 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~?`5Ff  
 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。 &zX W  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 S3Gr}N  
 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)。 vu\W5M  
Jcze.t  
ofQs 
/  
8. 总结 s)r!3HS  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 bHnKtaK4c  
9=MNuV9/s  
第1步 @gK`RmhGE5  
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。 `mz}D76~#  
Yp;Z+!!UZ  
第2步 
M1-tRF  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 \#: W  
扩展阅读 (c0L H  
扩展阅读 EtN,  
 开始视频 IeYNTk&<  
-    光路图介绍 s_NY#MPz[  
 该应用示例相关文件： %u66H2  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ^7aqe*|vm  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 `~)?OTzU#