[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) Eem 2qKj  
tH-gaDj_  
应用示例简述 Zr\2BOcc.l  
1t0bUf;(M  
1. 系统细节 o&CghF  
 光源 R!sNg   
— 高斯光束 <2n'}&F  
 组件 l)}<#Ri  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 qsI{ b<n  
 探测器 FpP\-+Sl  
— 视觉感知的仿真 V^j3y`K  
— 电磁场分布 S/a/1n$ U  
 建模/设计 '"Bex`  
— 场追迹： =ft9T&ciD  
 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。 }j&O/Up  
'g. :MQ8  
2. 系统说明 Bfbl#ZkyL  
j1'\R+4U  
gBMta+<fE~  
3. 模拟 & 设计结果 [Dnusp7e  
jeY4yM  
4. 总结 ]a8eDy  
}'u3U"9)  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 H!p!sn  
J=b*  
第1步 #]"/{Z  
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。 k"t>He  
O\%j56Bf  
第2步 4"LPJX)Q  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 QyTh!QM~`  
mG X\wta  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 X88F>1}  
AlUJ1^o)  
应用示例详细内容 8^i\Y;6  

wbBE@RU>!  
系统参数 TV? ^c?{5  
OE6#
YT  
1. 该应用实例的内容 ,Ie<'>hd  
I`lDWL  
Bhj:9%`  
2. 设计&仿真任务 4>l0V<  
fH&zR#T7U4  
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。 2ed@HJu  
|n)<4%i8J  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 /({P1ti:C  
#uB[&GG}W  
R;%^j=Q  
4. 参数：SLM像素阵列 5qGGu.$Ihi  
=<Hy"4+?.  
8`a,D5U:  
5. 参数：SLM像素阵列 *JwFD^<j  
6F,/w:  
!`Le`c  
应用示例详细内容 r;9z5'  
f7.m=lbe  
仿真&结果 o94PI*.  
Sq<3
Rw  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM |%-YuD  
 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)。 cFw3Iw"JJ  
 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。 :|=- (z  
:u AjV  
2. VirtualLab的SLM模块 g2A"1w<-AH  

l4zw]AYk+X  
5|5=Y/  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 \` &ej{  
 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。 6`1k ^  
WBa /IM   
3. SLM的光学功能 @Zj&`/  
CNq[4T'~A  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 vpi l$Uq  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ]/a g*F  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 }H5/3be  
_;#9!"&  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd _nP)uU$  
{b[
tA, >  
 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。 <vL}l:r  
yYg   
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd .3(;9};  
l`*( f9Q  
4. 对比：光栅的光学功能 \d:h$  
 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。 u"\=^F
 
 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。 pG~'shD~Dn  
 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)。 Ep<YCSQy$i  
 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。 :4U0I:J#  
 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。 x`#22"m  
(ZS/@He  
,b4g.CV  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ;KL9oV!<f  
;sCU[4  
5. 有间隔SLM的光学功能 sLZ>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。 {79qtq%W{  
ZRPE-l_3:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ">cqt>2 A  
QTfu:m{  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Tn /Ut}]O  
a&N%|b K  
XO%~6Us^  
6. 减少计算工作量 i0iez9B  
I.-v?1>,  
采样要求： i_NJ -K  
 至少1个点的间隔(每边)。 #%4=)M>^  
 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。 (2d3jQN`  
1g~y]iQ  
采样要求： #>XeR>T  
 同样，至少1个点的间隔。 lJUy;yp_+  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Fav^^vf*1  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 z(rK^RT  
>IBTBh_ka  
 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。 F(;jM(  
 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。 l1|~
 
 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)。 #cO+<1  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 /z
#F,NB  
ld95[cTP  
mbGcDG[HQ  
TOrMXcn!/  
S*xhX1yUi  
7. 指定区域填充因子的仿真 McP~}"!^  
Li]k7w?H  
 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。 0U%Xm[:  
 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。 Co[n--@C  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 TW2Z=ks=  
 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)。 DRp&IP<  
ZL=N[XW4'  
+YuzpuxjJ  
8. 总结 M!#AfIyB  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 wA631kr  
NocFvF7\  
第1步 @C=M UT-!  
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。 XGhw
rI^  
IkU|W3Vo  
第2步
06jMj26!  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ?&xlT+JM  
扩展阅读 rd" &QB{  
扩展阅读 /BT1oWi1y  
 开始视频 R:f7LRF/\  
-    光路图介绍 FQ!Oxlq,Q  
 该应用示例相关文件： n]v7V&mj\  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 r@yD8D \  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 9x[ U$B