[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) !?nbB2,  
bZ\R0[0  
应用示例简述 053bM)qW  
#RBrii-,  
1. 系统细节 3PE.7-HF  
 光源 e0TYHr)X>3  
— 高斯光束 C(ij_>  
 组件 UGSZg|&6#*  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 hx9{?3#  
 探测器 a_RY Yj  
— 视觉感知的仿真 p?i.<Z  
— 电磁场分布 m\56BP-AM  
 建模/设计 hq 3n&/  
— 场追迹： @@AL@.*  
 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。 }|.<EkA  
~[HzGm%
  
2. 系统说明 L[x`i'0B  
M7TLQqaF  
'XK 'T\m  
3. 模拟 & 设计结果 .xN<<+|_v'  
,U~A=bsa  
4. 总结 n93q8U6m/U  
8zp?WUb  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ye(b 7CX  
tm+*ik=x|  
第1步 !Y ,7%  
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。 wXIRn?z  
'JOUx_@z  
第2步 $Zu?Gd?  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 X'`n>1z  
 0k (-  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 O] @E8<?^  
EhxpMTS  
应用示例详细内容 Lc{AB!Br  
w"j>^#8  
系统参数 %e~xO x  
#AJW-+1g.=  
1. 该应用实例的内容 |Xt.[1  
5W&L6.J}+  
I0m7;M7 P  
2. 设计&仿真任务 8ymdg\I+L  
)x6&Y  
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。 ]3LLlXtK[  
w?ugZYwX*  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 `?z('FV  
}9^:(ty2A  
cYA:k  
4. 参数：SLM像素阵列 !D=!  
tgF~5 o}?  

wW%b~JX  
5. 参数：SLM像素阵列 0~U#DTx0  
=-r"@2HBq  
QTHY{:Rmu  
应用示例详细内容 5i[O\@]5  
LKM018H>  
仿真&结果 "V[j&B)P  
dla_uXtM6  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 9<gW~ s>  
 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)。 ji/`OS-iq  
 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。 |/Vq{gxp+  
`i`P}W!F  
2. VirtualLab的SLM模块 Wd'}YbC  

7h\is  
\@@G\\)er  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 {8m&Z36E  
 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。 MSCH6R"5  
2+&;jgBP  
3. SLM的光学功能 xm{?h,U,  
JN8Rh  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Nw"df=,{  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 sl$6Zv-l%0  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 bW
`nLiw}%  
N3u06  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd S)EF&S(TC  
jkk%zu  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 -b!?9T?}  
%Xc,l Y1?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd P
hAfEsD  
^&;,n.X5Z  
4. 对比：光栅的光学功能 3eUi
9_s+  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 ja9u?UbW  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 q]4h#?.-1v  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 &b (*  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 H,D5)1Uu  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 Qb {[xmc  
7&id(&y/  
}XUL\6U  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd AWcbbj6Nd  
LuZlGm  
5. 有间隔SLM的光学功能 g[~{iu_$d  
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。 #w''WOk@ZG  
"M:ui0YP  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd M[qhy.  
@x1cV_s[  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 9,8/DW.K  
kI"
9T`owR  
GbLHzw  
6. 减少计算工作量 N_92,xI#  
;gL{*gR]S  
采样要求： q]1p Q)\'p  
 至少1个点的间隔(每边)。 k;cIEEdZD  
 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。 mx)!]B"  
g{Av =66Z  
采样要求： 4Q!
%16 P  
 同样，至少1个点的间隔。 w<~[ad}  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 2=?3MXcjy  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 o_}?aI~H  
H`M|B<.  
 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。 _p"u~j~%-  
 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。 qUfoEpW2=6  
 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)。 p"P+8"`  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 [Q:mq=<Z%  
-"zW"v)\  
;%0kzIvP  
;39b.v\^  
#6a!OQj  
7. 指定区域填充因子的仿真 -0xo6'mD  
^/2HH  
 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。 |*48J1:1y  
 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。 mxEe -q  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 &IXmy-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)。 .(/HUQn  
n><ad*|MX  
~rb]u Ny-  
8. 总结 tQG'f*4  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 o6^ETQ  
q0q-Coh>  
第1步 wdt2T8`I/  
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。 k>i`G5Dh  
\s[L=^!  
第2步 +@uA  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 4RctYMz  
扩展阅读 d
b_Qt'>  
扩展阅读 #)n$Q^9&  
 开始视频 0,-]O=   
-    光路图介绍 iOfO+3'Z_U  
 该应用示例相关文件： rMVcoO@3  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Xl1%c7r.1  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 N?t*4Y