[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) !vG._7lPp  
uZ OUp8QQ  
应用示例简述
71wyZJ  
TzPVO>s  
1. 系统细节 sX@e1*YE_  
 光源 u} KiSZxt  
— 高斯光束 %3FI>\3  
 组件 h#;yA"j1&  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ,kLeK{  
 探测器 Q>||HtF$A  
— 视觉感知的仿真 c-gaK\u}j}  
— 电磁场分布 )TXn7{M:  
 建模/设计 F=#zy#@.  
— 场追迹： G|H\(3hHLZ  
 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。 m.lNKIknQ  
K)^.96{/@  
2. 系统说明 3aW4Gs<g  
6g$+))g  
}~\J7R'  
3. 模拟 & 设计结果 VeCpz[r  
kV-a'"W5  
4. 总结 k ^+h>B-;  
d'DS7F(c{  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 nar=\cs~g  
=niU6Q}  
第1步 E4 JS   
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 .t\Yv/|`  
t6LTGWs/_o  
第2步 FUMAvVQ  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Z^#7&Pv0  
>a^H7kp  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 k9Yr&8B  
oq;}q  
应用示例详细内容 {K:/(\  
Qa"R?dfr  
系统参数 eeuAo&L&  
(A"oMnjWd  
1. 该应用实例的内容 MJ>(HJY6?%  
bx`(d
@  
[_b10Z'{  
2. 设计&仿真任务 w6Ue5Ix,!  
+)ro EJ_  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 !$Mv)c/_u  
qOkw6jfluh  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 6`%}s3Xq  
~>
)cY{wE_  
T*'5-WV|3t  
4. 参数：SLM像素阵列 Ip?Ueaei  
gNe{P~ $=  
l$PO!JRD  
5. 参数：SLM像素阵列 MQp1j:CK  
}p."7(  
\b~zyt6-  
应用示例详细内容 &XN*T.Y`  
JQI`9$asuC  
仿真&结果 m|e!1_:H  
[gD02a:u  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM {:fyz#>>^  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 >uxak2nM-  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 #F[6$. Gr  
:Im_=S[0  
2. VirtualLab的SLM模块 0]NjsOU=  

Z<xSU?J  
4dl?US[-  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 33-=Z9|r  
 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。 7Nx@eoZ  
4W$53LP8  
3. SLM的光学功能 us$~6  
Tf*X\{"  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 D[yaAG<  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 kU4Zij-O  
 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。 hoeOdWIpf  
/|BzpIfpN  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd SlsMMD  
NIQa{R/H  
 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。 >P+V!-%#  
7|IW\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ^!E;+o' t  
mn4j#-  
4. 对比：光栅的光学功能 EGU?54  
 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。 E$*I.i
_m  
 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。 h4!
$,%"''  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 G;wv.|\  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 ]';!r20  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 C6Dq7~{B  
m6aoh^I  
R4pbi=  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd <)y'Ot0 y  
,_P(!7Z8  
5. 有间隔SLM的光学功能 ,T"(97"  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 aD24)?db-  
+=U`  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd .r[J} O"  
V|<qO-#.  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 *slZ17xg  
v#=Wda
Nz  
|M0 XLCNd_  
6. 减少计算工作量 CK'Cf{S  
xLq+njH E  
采样要求： ~d){7OG  
 至少1个点的间隔(每边)。 Z/:(*FC  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 {tF=c0Z  
|oPqX %?  
采样要求： k:`^KtBMl  
 同样，至少1个点的间隔。 x8tRa0-q  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 A7~)h}~   
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 kZSe#'R's  
TJLz^%t  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 9CUMqaY2  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 rx|/]NE;  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 s
13Iu#  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Z*jhSy  
!Z<Z"R/  
D;d'ss;  
tAbIT;>  
y#YCc{K [  
7. 指定区域填充因子的仿真 |'Ve75 W6u  
E5-8tHV   
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 ^ chlAQz(  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 *l_1T4]S  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 F2>o"j2  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 e[>(L%QV+  
|I85]'K9a  
ax'Dp{Q  
8. 总结 wz>j>e6k`  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 9bqfZ"6nXY  
h, +2Mc<  
第1步 &'T7 ~M:  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 g7_a8_  
!i#;P9K  
第2步 dy|r:~j3  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 )wSsxX7:  
扩展阅读 D#^v=U  
扩展阅读 AO>K 6{  
 开始视频 O#cXvv]Z*  
-    光路图介绍 oA_AnD?G+  
 该应用示例相关文件： *RN*Bh|$  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 'X@j  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ]5rEwPB