[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) 9>/4W.  
69Ne
Q$](  
应用示例简述 ]|ag  
=v&hWjP  
1. 系统细节 uyWunpT  
 光源 O+]ZyHnB  
— 高斯光束 #A/  
 组件 >\#*P'y`d  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 "m8^zg hL  
 探测器 CwzZ8.o$i  
— 视觉感知的仿真 &`
r-.&Y  
— 电磁场分布 9:|{6_Y  
 建模/设计 &h)yro  
— 场追迹： rJ4S%6w  
 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。 lgy<?LI\  
]Q1yNtN  
2. 系统说明 %)1?TU  
G~[x 3L'  
3(N$nsi  
3. 模拟 & 设计结果 cwlRQzQ(  
&PHTpkaam  
4. 总结 {\1?ZrCI&  
bsli0FJSh'  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 $8h%a 8I  
G>}255qY  
第1步 Mb}QD~=M  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 o:'MpKm  
JyK3{wYS  
第2步 Of#u  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 {dlXLx!B  
!9e=_mY  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 T&bYa`f]  
|YWD8 +  
应用示例详细内容 ^z*t%<@[Q  
Gb6'n$g  
系统参数 n( yn<  
a58H9w"u)  
1. 该应用实例的内容 2l'6
.  
vh%B[brUJ  
eo?bL$A[s  
2. 设计&仿真任务 _|2:_N=   
vA{-{Q  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 Z5n1@a__  
?l{nk5,?-Y  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 t3_O H^  
M|h3Wt~7  
%sP*=5?vA  
4. 参数：SLM像素阵列 9cF[seE"0  
 <kqo^  
cV6D<,)  
5. 参数：SLM像素阵列 C}Cs8eUn  
 mq.`X:e  
T!#GW/?  
应用示例详细内容
!Ai@$tl[S  
f8dB-FlMm  
仿真&结果 2/^3WY1U  
3nQ`]5.Q w  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM qyTU8Wp  
 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)。 ~36!?&eA8  
 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。 f$$/H>MJ  
{!L~@r  
2. VirtualLab的SLM模块 ;6$jf:2m  

C1)!f j=  
^yp
{32  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 6bC3O4Rw  
 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。 S=5o < 1  
;A*]l'[-  
3. SLM的光学功能 a1lh-2xX  
d$!RZHo10V  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 73;GW4,  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 u*`GiZAO  
 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。 }Sv:`9=  
$U~]=.n  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd TvbE2Q;/UL  
usF.bkTp  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 gM:".Ee  
ON(kt3.h  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd y<Ot)fa$  
%h!B^{0  
4. 对比：光栅的光学功能 (!WD1w
 
 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。 Q;rX;p^W  
 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。 8d'0N  
 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)。 + ePS14G  
 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。 )SGq[B6@I  
 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。 eSq.GtI  
\4fQMG  
5.GR1kl6  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd j\M?~=*w  
$!t4r  
5. 有间隔SLM的光学功能 G 3ptx! D  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 gcT%c|.  
s$j,9uRr  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd zO6oT1I  
P&Vv/D  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 <e6#lF
QqK  
ckCE1e>s  
[4)F f  
6. 减少计算工作量 WpvhTX  
M_DwUS1?  
采样要求： "w<#^d_6  
 至少1个点的间隔(每边)。 K[YyBEid  
 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。 sW\!hW1*x  
|FRg\#kf%  
采样要求： p!%pP}I  
 同样，至少1个点的间隔。 FS.L\MjV]U  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 xAm6BB c  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 YoFxW5by  
VIf.q)_k  
 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。 #RLt^$!H  
 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。 X:{!n({r=  
 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)。 F#E3q|Q"BS  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 _+MJ%'>S
 
vl)l'
 
8&dF  
T)_hpt.  
J'r^/  
7. 指定区域填充因子的仿真 r3?o9D>  
^iYj[~  
 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。 R4d=S4i  
 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。 BZ^}J!Q'*  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 f|(M.U-  
 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)。 )V9bI(v  
tZo} ;|~'  
d0> zS  
8. 总结 A3*!"3nU  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 j'K/22  
_)-o1`*-  
第1步 V=3b&TkE  
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。 k9F=8q  
pfI&E#:5  
第2步 %&bY]w  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 3G4-^hY<  
扩展阅读 TD_Oo-+\  
扩展阅读 Etm?'  
 开始视频 7 X4LJf  
-    光路图介绍 1h5 Akq  
 该应用示例相关文件： m#p'iU*va,  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 u]@['7  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 &cTU sK