[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) zjow %  
|.m)UFV  
应用示例简述 =Yl ea,S  
- 7T`/6  
1. 系统细节 k18v{)i~  
 光源 |,=^P`#%  
— 高斯光束 Iw.!*0$
 
 组件 hi$AZ+  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 N2HD=[*cr  
 探测器 s I\-0og  
— 视觉感知的仿真 DrioBb@  
— 电磁场分布 l(87s^_  
 建模/设计 XC;Icr)  
— 场追迹： (K8Ob3zN_  
 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。 )=iv3nF?6N  
?ZGsh7<k  
2. 系统说明 S2\;\?]^~  
QD3tM5(Yr  
@.i#uMWF`  
3. 模拟 & 设计结果 [[^95:  
Wq+GlB*  
4. 总结 g=t7YQq_~  

q1eMK'1  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _A!Fp0}`  
Y-y yg4JH  
第1步 [mjie1j/<  
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。 z7AWWr=H  
~ffT
}q7^  
第2步 iKd+AzT  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 R{bG`C8.d  
OqciZ@#5n  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ?$)5NQB%  
\$.{*f   
应用示例详细内容 3TCRCz  
jZkc yx  
系统参数 *5k40?w  
2YKa <?_  
1. 该应用实例的内容 9`N5$;NzY  
dTK0lgkUE  
g;p} -=  
2. 设计&仿真任务 >L!c} Ku  
:EQ{7Op`  
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。 3BCD0 %8  
pk.\IKlG]  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 7pY :.iVO  
w
xc#
)W  
h ':ZF  
4. 参数：SLM像素阵列 Mhti  
54z.@BJhE  
;XawEG7" U  
5. 参数：SLM像素阵列 HBOyiIm Q  
:(X3?%  
uz{RV_IX7  
应用示例详细内容 cXqYO|3/M  
5a_8`csu  
仿真&结果 [F-GaaM  
1,;X4/*  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 1 rhZlmf[r  
 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)。 y{hy7w'd  
 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。 rfEWh Vy(}  
~o%igJ }.C  
2. VirtualLab的SLM模块 / }$n_N\!)  

(VjU,'h  
6u+aP  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ySmbX  
 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。 [DM0'4  
OQKeU0v  
3. SLM的光学功能 @0@ZlHwM  
mvZ#FF1,J  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 8;DDCop 8L  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ?![[la+f  
 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。 kzRJzJquP  
6j<!W+~G  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ciS,  
rYr*D[m]  
 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。 \\FT.e
6  
/gZyl|kdy  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd <ErX<(0`ig  
I} jgz  
4. 对比：光栅的光学功能 \]u;NbC]  
 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。 }LT&BNZj  
 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。 Xv-p7$?f  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 ;[Mvk6^'R  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 +1y$#~dl  
 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。 +GI906K  
T[bCY 6  
PVo7Sy!'H  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd K@O^\  
=+!l8o&o,  
5. 有间隔SLM的光学功能 Tf86CH=)5  
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。 4D0jt$==  
;v:(  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd cgMF?;V  
wu)+n\mt'  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 w*ans}P7  
4a-JC"  
Vb(b3  
6. 减少计算工作量 :u14_^  
H;1@]|sH#  
采样要求： G@k]rwub  
 至少1个点的间隔(每边)。 !#c'| *k  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 Jay"  
`5IrV&a  
采样要求： vQljxRtW  
 同样，至少1个点的间隔。 ?;ok9Y  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 T-e
n|.  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 N,Eap KG  
K($l>PB,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。 \wK&wRn)  
 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。 3f[Yk#"  
 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)。 t}YcB`q)  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 @Vre)OrN#  
e73=*~kfR  
S(zp_  
}5;4'l8  
x}+zhRJ  
7. 指定区域填充因子的仿真 K92j BR  
R~\R>\  
 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。 |C[!
A  
 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。 8 "l PiW3  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 e&}W#  
 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)。 .AfZ5s]/F  
1RRE{]2v#  
SVe]2ONd  
8. 总结 4)S99|1  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 OETo?Wg1Z  
Ew
C]%BZP  
第1步 .kT]^rv ;  
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。 XX8HSw!w  
qoO`)<  
第2步 &k:xr,N=  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 eZ$7VWG#  
扩展阅读 paqGW]  
扩展阅读 'Gy`e-yB  
 开始视频 ,;$OaJ
FT  
-    光路图介绍 0q}i5%m7  
 该应用示例相关文件： 3UZd_?JI[^  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 H;/do-W[  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 +A| Bc~2!