[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) ,1Suq\ L  
zKx?cEpE  
应用示例简述 1wW8D>f]K  
UkG|5P`  
1. 系统细节 @r%[e1.  
 光源 GLcf'$l  
— 高斯光束 * Od_Cl  
 组件 {[jcT>.3j  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 2rB$&>}T  
 探测器 Cj _Q9/  
— 视觉感知的仿真 `a["`N^  
— 电磁场分布 oA(jtX[(  
 建模/设计 %+L:Gm+^g#  
— 场追迹： <dV|N$WV  
 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'j%  
qy`@\)S/5  
2. 系统说明 |n \HxU3  
J|W~\(W6i  
ua/A &XQx  
3. 模拟 & 设计结果 9jDV]!N4  
L Bb&av  
4. 总结 z\pT nteO  
H~i+:X=I  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Op" \i   
E b-?wzh  
第1步 c+f~>AaI  
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。 JX7_/P  
O"<D0xzF?  
第2步 _"&b%!  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 |P$tLOrG  
=<YG0K  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 3Nd&*QSV  
.5p"o-:D  
应用示例详细内容 W2O =dG`  
H1yl88K  
系统参数 5n"b$hMF  
'v GrbmK  
1. 该应用实例的内容 I5mnV
<QA^  
b] DF7 U  
X~*1  
2. 设计&仿真任务 jmxjiJKP  
O]DZb+O"  
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。 ZN~:^,PO/  
"a6[Fq
Ts  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 eGHxiC  
'H`aQt+  
c/DB"_}!a  
4. 参数：SLM像素阵列 7<*sP%6bD  
oS 7q#`  
-GLI$_lLF  
5. 参数：SLM像素阵列  )o`|t  
a[Ah  
g,h'K  
应用示例详细内容 0k>bsn/j  
{u{n b3/jl  
仿真&结果 $ jWe!]ASU  
wb~#=6Y  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM (2RZc].M~  
 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)。 +)k%jIi!  
 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。 0-M.>fwZ=  
2a'b}<|[(  
2. VirtualLab的SLM模块 V|e
9G,z~A  

9_)*b  

xok8  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 J,Du:|3o  
 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。 \2KwF}[m  
k%YvJXL  
3. SLM的光学功能 s_S[iW`l=  
uDvZ]Q|.  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 F`IV9qv  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 [0<N[KZ)  
 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。 Z`y%#B6x.  
F6J,:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 1O3"W;SR<:  
 G`8i{3:  
 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。 )65 o  
4WU%K`jnXb  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd zO)A_s.6K  
wg?GEY  
4. 对比：光栅的光学功能 6..G/,T
B  
 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。 V<:scLm#OF  
 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。 = i9|lU"Va  
 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)。 mucKmb/  
 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。 cc`+rD5I-  
 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。 bwN>E+  
7vO3+lT/Y;  
9>?3FMKdY  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ]yI~S(  
qM%l  
5. 有间隔SLM的光学功能 UP]X,H~stU  
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。 +PT/pybA  
|rW,:&;  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd d h5%  
K;j}qJvsb  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 <4UF/G)  
"g}mxPe  
o^HzE;L}  
6. 减少计算工作量 ${fJ]  
|hGi8  
采样要求： >wx1M1  
 至少1个点的间隔(每边)。 LWwWxerZ  
 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。 0P)"_x_  
yvN;|R  
采样要求： VaKBS/y"  
 同样，至少1个点的间隔。 F&pJ faig  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 )/uu~9SFd  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 JSO'. [N  
q8 jI y@  
 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。 sUl/9VKl  
 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。 DVC<P}/  
 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)。 BuwJR Ql.  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Qmbl_
#  
j\SvfZ0"  
U42B(ow  
%#gHa  
Km/#\$|}  
7. 指定区域填充因子的仿真 A\xvzs.d  
x,LQA0  
 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。 H!6nIS9yxt  
 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。 bSbUf%LKt  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 7l+>WB_]  
 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)。 )o51QgPy  
EGD&/%aC  
[*i6?5}-  
8. 总结 'UW]~  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0
{0A,;b  
Pgdv)i3  
第1步 ~r%>x  
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。 uIeD.I'@{5  
6
xfG`7Az  
第2步 .LQvjK[N
 
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ;_]Z3  
扩展阅读 !/]vt?v#^  
扩展阅读 cx_.+R  
 开始视频 cwK+{*ZH/
 
-    光路图介绍 I[td:9+hK@  
 该应用示例相关文件： (=de#wh2]  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 /C: rr_4=  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 W'0(0;+G/j