[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) GL%)s?   
8]mRX~  
应用示例简述 -AN5LE9-  
lK_T%1Gz  
1. 系统细节 q|V|Jl  
 光源 UD=[::##  
— 高斯光束 jO-T1P']Y  
 组件 6 2#@Y-5  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 xXlx}C  
 探测器 M`n0 qy  
— 视觉感知的仿真 ~O~iP8T  
— 电磁场分布 _(-i46x}  
 建模/设计 ,xg-H6Xfa{  
— 场追迹： xR8y"CpE  
 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。 + }$(j#h  
x_t$*  
2. 系统说明 >0_{80bdO  

~)F_FS  
rJh$>V+ '  
3. 模拟 & 设计结果 }@"v7X $  
g/(BV7V  
4. 总结 +/ {lz8^,  
|8tKN"QG  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _0BQnzC=  
4V c``Um  
第1步 +IMt$}7[  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 fR?'HsQg  
KrR`A(=WL  
第2步 @Ko#nDEq  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 =KAN|5yn  
F"cZ$TL]  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ;66{S'*[  
*pDS%,$xe  
应用示例详细内容 !L( )3=  
UoaWI2  
系统参数 l[i1,4  
D<:zw/IRE  
1. 该应用实例的内容 1/,~0N9  
1;PI%++  
(>,b5g  
2. 设计&仿真任务 nBLb1T  
=dwy 4  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 4T$DQK@e  
}u1h6rd `  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 D^a(|L3;  
qQIX:HWDKZ  
/EJy?TON*  
4. 参数：SLM像素阵列 kGL3*x  
GXk |p8  
0|i|z!N>  
5. 参数：SLM像素阵列 =Ot_P7'5gv  
acgx')!c  
 3bJ|L3G  
应用示例详细内容 p>f?Rw_  
of GoaH*h  
仿真&结果 Sn^M[}we  
g7lPQ_A*  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ;Wa&Dg/5`  
 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)。 [>U2!4=$M  
 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。 |WpJen*?Y  
X4!Jj*  
2. VirtualLab的SLM模块 +md"X@k5*  

vR>GE?s6  
u.*}'C>^^v  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 h(GSM'v  
 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。 .XVL JJ#  
JS
tEOQF4  
3. SLM的光学功能 O<$j}?2  
2aX{r/Lc  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 o9yUJ@ :i  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ep0dT3&  
 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。 lgD%  
0P!Fci/t  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd V#+F*w?&D  
.,U4 ATO  
 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。 "!fwIEG  
8H T3C\$s  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd c.5u \I9"  
aR'~=t&;z1  
4. 对比：光栅的光学功能 "zzb`T[8  
 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。 'm"Ez'sS  
 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。 P}>>$$b\Yi  
 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)。 sTep2W.9  
 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。 ]0SqLe  
 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。 =fdW H4  
0%Y}CDn_  
#/8 Nav  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd :Bu)cy#/[  
$9xp@8b\_  
5. 有间隔SLM的光学功能 baL<|& c  
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。 !,rF(pz  
WS?Y8~+{5  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd cM4{ e^  
E1`_[=8a9  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ,H<nNBv3M  
3`RI[%AN~  
 B@*!>R  
6. 减少计算工作量 -}( o+!nl  
[-81s!#mkw  
采样要求： GU9p'E  
 至少1个点的间隔(每边)。 S v#,L8f  
 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。 o>T+fBHE  
&p*
rEs  
采样要求： h(3-/4  
 同样，至少1个点的间隔。 Y=O-^fL  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 8Bh micU  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 opu)9]`z  
#`l&HV  
 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。 x9 n(3Oa  
 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{GFCy7  
 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)。 3H4T*&9;n  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 -mo4`F  
;XlCd[J<  
,_D@ggL-  
\5=4!Ez  
'WBhW5@  
7. 指定区域填充因子的仿真 (?lT @RY/  
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4  
 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。 ,JTyOBB<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。 FL&Y/5  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 8]O#L}"  
 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)。 #e[r0f?U  
7s2*VKr  
_F^NX%  
8. 总结 a5d_= :S;  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 :<0lCj  
kGakdLl  
第1步 [9Tnp]q  
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。 9}42s+  
JS<w43/j  
第2步 dldS7Q  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 :O?3lj)  
扩展阅读 #SjCKQ~  
扩展阅读 1!E}A!;  
 开始视频 &zVXd  
-    光路图介绍 'P4V_VMK  
 该应用示例相关文件： EaH/Gg3  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Gc5mR9pV   
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 v;}MHl