[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) R
g?m$$X`  
^7 oXJu=  
应用示例简述 L&2 Zn{#`  
M:? :EJ  
1. 系统细节 XV> )[Nd\H  
 光源 D7"RZF\)  
— 高斯光束 ?nya;Z-~Hc  
 组件 56
raZC  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 )D1=jD(  
 探测器 y! lEGA7  
— 视觉感知的仿真 sjISVJ?  
— 电磁场分布 ;.<0lnV  
 建模/设计 T@ecWRro  
— 场追迹： }JKK"d}U  
 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。 WKB8k-.]ww  
xJ(4RaP  
2. 系统说明 ;%H/^b.c  
sC=fXCGW\p  
X( H-U q*(  
3. 模拟 & 设计结果 dLs40 -R  
/?,c4K,ap  
4. 总结 XvIrO]F-  
3Y}X7-
|)Z  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 jml 4YaGZ  
&b#O=LF  
第1步 +80yyn#  
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。 s}pn5zMp:8  
SqF9#&F  
第2步 #6%9*Rh  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 PafsO,i-  
Alsr6uLT1  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 @}{~Ofs  
dfmxz7V  
应用示例详细内容 eaI!}#>R+  
"$VqOSo  
系统参数 zu~E}  
KF#,Q  
1. 该应用实例的内容 X~ AE??  
>,Zf3M  
D/$$"AT  
2. 设计&仿真任务 J,bE[52
 
SbLx`]rI  
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。 ,`3kDqS_4  
(\QkXrK  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 N!fTt,  
Wy2 pa #Q  
G:]w UC\  
4. 参数：SLM像素阵列 x-:a5Kz!  
PV*U4aP  
u5,\Kz  
5. 参数：SLM像素阵列 q~^qf  
@GB~rfB[  
=vv4;az X  
应用示例详细内容 #sOkD  
 !XvQm*1  
仿真&结果 .5',w"R  
pD+_ K  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM PN!
NB.  
 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)。 ` R;6]/I?  
 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。 m{/?6h 1  
<3wfY #;><  
2. VirtualLab的SLM模块 eAkjpc  

`|1#Vuk  
Wn(pz)+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。 JY+ N+c\  
 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。 MVGznf?  
VFZ_Vw  
3. SLM的光学功能 }=':)?'-.  
F9sVMV
 
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 |G+6R-_  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 e%(,)WlTaU  
 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。 M>pcG.6V  
V Q6&7@ c  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 6iiH+Nc  
,~@Nhd~k  
 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。 <5s51b <  
z9k3@\7  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ay\e#)  
!^dvtv`K  
4. 对比：光栅的光学功能 Q0)6 2[cMm  
 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。 K[%)_KW  
 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。 -I$qe Xy  
 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)。 ~bp^Q| wM  
 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。 v'"0Ya  
 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。 B?qLXRv  
'n7)()"2  
c:SA#.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 9'tElpDJ6#  
v-;j44sB  
5. 有间隔SLM的光学功能 pXfg{2  
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。 .^<4]  
9oly=&lJ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ]-Z="YPY  
 vO85h  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 XwKB+Yj0  
oT5N_\  
i
Ro/~(  
6. 减少计算工作量 nATEv2:G  
wHSas[4k  
采样要求： 1 m)WM,L  
 至少1个点的间隔(每边)。 pDGX$1O"  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 G@Z,Hbgm  
"r6DZi(^K  
采样要求： qVOlUH  
 同样，至少1个点的间隔。 }B{bM<dF  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 #$&!)13  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Xsvf@/]U  
('qu#.'  
 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。 D<=:9  
 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。 [b-wak})aD  
 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)。 g$c\(isY;  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 E2M|b  
i%m]<yElm  
o ]UG*2  
a?4'',~  
yQA6w%  
7. 指定区域填充因子的仿真 `uz15])1<  
Mqu>#lL  
 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。 KLpe!8tAe  
 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。 1wX0x.4d  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 $Hr qX?&r  
 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)。 (Sr D  
3jMHe~.E<  
?lg  
8. 总结 b5kw*h+/'h  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 3<ikMUq&  
ZT>?[`Vgc  
第1步 _`4jzJ*  
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。 2!Ip!IQ:  
=Ri'Prx&  
第2步 !;";L5()  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 YGRv``(  
扩展阅读 4l0ON>W(  
扩展阅读 Bnju_)U5)  
 开始视频 [42vO  
-    光路图介绍 @D<q=:k  
 该应用示例相关文件： Q{hXP*5  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Z x9oj  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 AS;EO[Vn