[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) *[|a$W  
g7l?/p[n  
应用示例简述 /5wIbmz@I
 
#xoFcjRE  
1. 系统细节 `9`T,uJe  
 光源 ?*/1J~<(@  
— 高斯光束 nB9(y4  
 组件 SZVAf|]Yg  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 L; o$vI~U,  
 探测器 -+HD5Hc  
— 视觉感知的仿真 bSkr:|A7  
— 电磁场分布 VkD}gJY  
 建模/设计 L!
LhH  
— 场追迹： TN=!;SvQU  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 <hBd #J  
KBg5_+l  
2. 系统说明 9=}&evGm89  
-}C
MNh   
oXgi#(y  
3. 模拟 & 设计结果 %jh gKq  
2{9%E6%#  
4. 总结 o:
c
:hSV  
#JYH5:*  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 vo"?a~kY7  
{%BPP{OFk  
第1步 ,382O$C  
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。 lcR1FbJ
2'  
2hf7F";Af  
第2步 DmiZ"A  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 6R|^IPOGp  
gkFw=Cd  
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,D^fVIw  
1a tQ9  
应用示例详细内容 r:U/a=V  
~[Z,:=z  
系统参数 DR(/|?k+  
a^7HI,  
1. 该应用实例的内容 $g!iy'4n*  
`&jG8l
Ha  
h1+y.4   
2. 设计&仿真任务 bWg!/K55  
V)Ze>Pp  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 Jy P$'v~  
6FFM-9*|[  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 (b"kN(  
ld[BiP`B2V  
vEc<|t  
4. 参数：SLM像素阵列 6B!v;93U  
+QA|]Y~!  

$Ned1@%[  
5. 参数：SLM像素阵列 Y-.aSc53  
{.r #j|  
6 2LLfD  
应用示例详细内容 rCd*'Qg  
F13vc~$Ky  
仿真&结果 i$6o>V6  
[mFgo il  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM :U,-v  
 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)。 $ qTv2)W1{  
 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。 !,OY{='  
p?O6|q  
2. VirtualLab的SLM模块 'kHa_
  

>rY^Un{Z  
3|(3jIa  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 `B/74Wa3q  
 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。 num2HtU&%  
OWZ;X}x  
3. SLM的光学功能 S{nBQB<  
Rnw v/)  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 E&;;2  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 g(l:>=g]?  
 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\sy] 1*?$  
a,eEP43dn  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd vT#m 8Kg  
?nwg.
&P  
 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。 N
>IkK*v  
J@qwz[d i  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ) ):w`^6  
+&[X7r<  
4. 对比：光栅的光学功能 T/?C_
i  
 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。 5zPn-1uW  
 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。 3Qd%`k  
 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)。 ~iJ@x;`  
 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。 iCy$ rC  
 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。 ,S?M;n?z_  
s1J(-O  
\{54mM~  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ,|?rt`8)Q  
0Vj!'=Ntv  
5. 有间隔SLM的光学功能 A5~OHmeK  
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。 Mo]  
%UB+N8x`a  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd yJ?=HH?  
cHon' tS  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 <tv"I-2  
O)INM  
ztC>*SX  
6. 减少计算工作量 z q@"qnr  
%t%D|cf  
采样要求： W];l[D<S*  
 至少1个点的间隔(每边)。 T^S$|d  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 6*s:I&  
V82hk0*j  
采样要求： MS& 'Nj  
 同样，至少1个点的间隔。 tJpK/"R'  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ' BY|7j~  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 is`~C  
+0M0g_sk  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 U,V+qnS  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 Sz>Lbs  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 Hu"TEhW(2  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。  uE'Kk8  
R T/)<RT9  
gaR~K  
:_kZkWD5  
b5W(}ka+  
7. 指定区域填充因子的仿真 zE?@_p1gei  
a7"Aq:IjU  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 8UXtIuQ  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 '6GW.;  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 RU% 4~WC  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 MGsY3~!K  
O|*-J  
Ly]J-BTe  
8. 总结 u6i
X&%e  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 yE|hA2G?0  
=$#=w?~%  
第1步 n7L|XkaQ  
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。 a&<_M$J&  
ZC3;QKw>  
第2步 uEr['>  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 `W2 o~r*&  
扩展阅读 {11xjvAD  
扩展阅读 wpcqgc  
 开始视频 R+tQvxp#  
-    光路图介绍 w/@ tH  
 该应用示例相关文件： 0D&-BAzi  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 b&*N
 
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 H.&"
~eH