[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) `e4o1*  
$gXkx D  
应用示例简述 ?L`MFR  
*1%e%G  
1. 系统细节 U;^CU!a  
 光源 J{aQ1)  
— 高斯光束 x;<oaT$X  
 组件 f6@^
Mg  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 IY-(- a8  
 探测器 dw@TbJ  
— 视觉感知的仿真 = E##},N"  
— 电磁场分布 gNG0k$nP  
 建模/设计 5)h+(u C3  
— 场追迹： -Y5YCY!`  
 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。 g|_HcaW  

T2;v<(  
2. 系统说明 * [iity  
f$~ _FX  
cg>!<T*  
3. 模拟 & 设计结果 FF5tPHB  
/F\>Z]  
4. 总结 $`-SVC  
|_xZ/DT  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Lg\8NtP  
,AGM?&A  
第1步 ~xsb5M5  
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。 tg4LE?nv
 
g6x/f<2x  
第2步  m^W*[^p  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 R!:eYoQ  
n23%[#,r  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 H5F\-&cq  
LZ=wz.'u  
应用示例详细内容 jV(xYA
3  
#`fi2K&]j  
系统参数 a>;3 j  
NgmO0H  
1. 该应用实例的内容 IG2`9rR  
kMfc"JXF  

<-Kb@V3  
2. 设计&仿真任务 Gd]5xl HRU  
.b!OZ  
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。 UBUB/NY  
(r#
5O9|S  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 A1#4nkkc9  
i} NkHEK  
  2  
4. 参数：SLM像素阵列 /r::68_KQP  
0XBBA0tq  
wI1M0@}PV  
5. 参数：SLM像素阵列 bv:0EdVr  
,u8ZS|9  
xr7-[)3Q$  
应用示例详细内容 sp=7Kh?|>  
'/gxjr&  
仿真&结果 t?Njw7  
S?,KgMVM  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 2ZTyo7P  
 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=ior  
 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。 MIk #60Ab  
6I5[^fv45G  
2. VirtualLab的SLM模块 l"~h1xk~  

ur~Tql  
n##w[7B*  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 On2Vf*G@|  
 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。 <.?^LT  
}R(0[0NQe-  
3. SLM的光学功能 sTYuwna~   
^G7n#  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 |2+F I<v4  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 y<'2BTf  
 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。 Z7KB?1{G  
V;[__w  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 2S7H_
qo$  
#Kb)>gzT  
 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。 O)=73e\  
Hm8EYPrJ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd RJ`/qXL  
LNyL>VHkK  
4. 对比：光栅的光学功能 LzEE]i  
 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。 2jrX  
 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。 +"N<-  
 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)。 l+3%%TV@L  
 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。 ;|2;kvf"w  
 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。 c-3YSrY  
UmP?}Xw6  
NZw[.s>n  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 9cw4tqTm  
j.yr5%  
5. 有间隔SLM的光学功能 =%nqMV(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。 EiIFVP   
;>QK}
#'  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd rTH[?mkf4  
m;tY(kO  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 g^<q L|  
2}xFv2X  
S#%JSQo
:  
6. 减少计算工作量 7]HIE]#  
_>:=<xyOq  
采样要求： /iJcy:J  
 至少1个点的间隔(每边)。 J?,!1V=  
 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。 PUFW^"LV  
:0TSOT9.  
采样要求： @T~#Gwv  
 同样，至少1个点的间隔。 ZC\.};.  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 C{I8Pio{b  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 qeO6}A"^|  
PB3!;  
 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。 77=y!SDP  
 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。 $xn%i\  
 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)。 C_khd"  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 3vGaT4TDx  
nY5n%>8  
:Ro" 0/d  
%>z8:oJ
 
(Ss77~W7  
7. 指定区域填充因子的仿真 gJ[q {b  
}zfLm`vJ  
 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。 t%YX-@  
 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。 9
Nbg@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。 =x.v*W]F`  
 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)。 X=c ,`&^  
LXEu^F~{u#  
$v}8lBCr3  
8. 总结 z?) RF[  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 $q
@RHcj  
)b2E/G@X&  
第1步 e!x-:F#4j  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 n~>CE"q  
AYQh=$)(  
第2步 \S@=zII_  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 g}og@UY7#  
扩展阅读 eRqexqO!  
扩展阅读 tS/APSY  
 开始视频 ZzaW@6LJF  
-    光路图介绍 {4jSj0W  
 该应用示例相关文件： @f01xh=8  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 0~L8yMM  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 O}iKPY8K