[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) m:K/)v*  
?_ p3^kl  
应用示例简述 ;[%AeN5W  
Wny{qj)=  
1. 系统细节 539[,jH  
 光源 rw58bkh6  
— 高斯光束 %/~Sq?f-9@  
 组件 RD,`
D!  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 wl}Q|4rZ  
 探测器 +AXui|mn  
— 视觉感知的仿真 6$`8y,TMSt  
— 电磁场分布 .`iOWCS  
 建模/设计 @0+@.&Z  
— 场追迹： O-
q [#P  
 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。 k`xPf\^tf  
 rfoLg  
2. 系统说明 NouT~K`'  
8*6U4R  
<Y<%=`  
3. 模拟 & 设计结果 UG 9uNgzQ/  
)g+~"&Gcx  
4. 总结 jIg]?4bW[  
zGA1  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 7'CdDB6&.  
AvH^9zEE(  
第1步 4Bs '5@  
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。 Jro)  
PkMN@JS  
第2步 oyK'h9Wt1  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <Zn]L:  
H $XO]\  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 1F{c5
 
/*i[MB
 
应用示例详细内容 2old})CLJ  
PFu{OJg&  
系统参数 Ja"?Pb  
)pbsvR_  
1. 该应用实例的内容 f;x0Ho5C2  
lvY[E9I0  
#Ipi3  
2. 设计&仿真任务 `zwXfY,%  
`1{Y9JdQ  
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。 ~l+2Z4nV  
_ VKBzOH  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 m%]1~b}"  
Qzt'ZK  
x+EkL3{  
4. 参数：SLM像素阵列 u%!/-&?wF  
%|AebxB'o  
O`K2mt\%  
5. 参数：SLM像素阵列 2RG6m=Y8y  
-Aaim`06bv  
3:C)1q  
应用示例详细内容 %PM&`c98z7  
. |%n"{  
仿真&结果 ' Dcj\=8
 
n+MWny  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 4Oo{\&(  
 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)。 oq${}n<  
 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。 `,QcOkvbC  
KW-GVe%8f  
2. VirtualLab的SLM模块 &OYo  

n&OM~Vs  
}C4wED.  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 U}@xMt8@l  
 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。 ;`Nh@*_  
iR?}^|]  
3. SLM的光学功能 2Pow-o*r  
G?kK:eV  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 @@JyCUd  
 为此，将区域填充因子设置为60%。
^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。 (Zg'])  
L"bZ~'y  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd b:Z&;A|"{  
NNt n  
 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。 5skxixG  
{ET
M >  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd m8@&-,T   
XeX\u3<D  
4. 对比：光栅的光学功能 m/z,MT74*J  
 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。 mG"xo^1_H  
 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。 cbN;Kv?ak}  
 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)。 XNgcBSD  
 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。 +F-EgF+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。 4-~Z{#-  
U%q-#
^A  
_f'v>"K  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd > vdmN]  
gg>QXui  
5. 有间隔SLM的光学功能 wBcoh~ (y  
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。 8Qo'[+4;  
d]poUN~x  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd rtS' 90`  
nl qn:[BU  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 NMe{1RM  
_0(%^5
Y  
S=(<m%f  
6. 减少计算工作量 ki?h7  
#l ZK_N|1x  
采样要求： B*N1)J\5  
 至少1个点的间隔(每边)。 jMgXIK\  
 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。 Hs*["zFc  
3V<@Vkf5  
采样要求： Keozn*fzI  
 同样，至少1个点的间隔。 ;h\T7pwwb  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 =hkYQq`Q  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 oQ 2$z8  
"|h%Uy?XY  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 MfP)Pk5  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 5?lc%,-&  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 [ n7>g  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 T1]?E]m{  
6Q^~O*cw  
n:,mo}?X  
t N{S;)q#X  
&}r"Z?f)  
7. 指定区域填充因子的仿真 51SmoFbMz  
H/c (m|KK  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 H5T_i$W  
 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。 xSm;~')
g  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 g w" \pD  
 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)。 GC{M"q|_  
|;vQ"8J  
M2O_kOeZ  
8. 总结 u.ggN=Z  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 xWxc1tT`  
G3~`]qf  
第1步 TaN{xpo  
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。 gcU*rml  
;f[lq^eV  
第2步 :OG I|[  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 $KK~KEZ2  
扩展阅读 O`B,mgT(  
扩展阅读 {_QdB;VwH  
 开始视频 .UG`pRC  
-    光路图介绍 jN\u
}!\O  
 该应用示例相关文件： TmsIyDcD~  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ;]u9o}[ 2  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 J
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