[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) \w{@u)h  
PYdIP\<V  
应用示例简述 ?F!EB4E\y}  
gb.f%rlZ`  
1. 系统细节 C}n'>],p  
 光源 LiiK3!^i  
— 高斯光束 @''&nRC1  
 组件 3CA|5A.Pa  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 f&6w;T=  
 探测器 J$1j-\KS  
— 视觉感知的仿真 " <<A  
— 电磁场分布 mG0L !5  
 建模/设计 X7e>Z)l  
— 场追迹： `-~`<#E[  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 v2IEJ  
MinbE13?U  
2. 系统说明 [_j6cj]  
lo"j )Zt  
#]?tY}~  
3. 模拟 & 设计结果 \|v`l{  
{d| |q<.
-  
4. 总结 J cP~-cp  
Kp8fh-4_  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 AnRlH  
-oU@D  
第1步 E^7C _JP  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 9X!ET!  
9~=gwP  
第2步 I4rV5;f H4  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 `tX@8|  
`GPQ((la  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 _B}9f  
a[q84[OQ  
应用示例详细内容 :*#rRQ>t  
g8KY`MBnC&  
系统参数 +yGY785b  
kmIoJH5  
1. 该应用实例的内容 R
|-6o)$  
!IN@i:m  
oBb?"2~9  
2. 设计&仿真任务 t @;WgIp(&  
"<qEXX  
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。 UIQQ\,3  
+a #lofhv  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 i^R{Ul[  
tzPC/?  
;xhOj<:  
4. 参数：SLM像素阵列 2@sr:,\1  
+)zDA:2Wa"  
5!tb
$p#z  
5. 参数：SLM像素阵列 D@#0dDT  
6nc0=~='$  
$.wA?`1aSk  
应用示例详细内容 Mxo6fn6-46  
/oFc03d  
仿真&结果 R0vww_fz  
B=r0?%DX"1  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM cI3
y  
 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)。 i=-8@  
 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。 !Qcir&]C>  
YwGHG{?e  
2. VirtualLab的SLM模块 kymn)Ea  

\2j|=S6  
%Z7%jma  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 `os8;`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。 BY$[g13  
Rnr#$C%  
3. SLM的光学功能 p!}ZdX[u  
G)8ChnJa!m  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 +>4^mE" \  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 BB63xEx  
 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。 U-eI\Lu  
9s(i`RTM  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd .1LPlZ  
c yP,[?N  
 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。 0vn[a,W<A  
0aogBg_@K  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 9#Bx]wy  
e=7W7^"_  
4. 对比：光栅的光学功能 'l|R5   
 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。 =-Nsc1&  
 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。 ei|cD[ NY  
 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)。 r1;e 0\?`  
 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。 +;dXDZ2  
 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。 doM?8C#`  
@(>XOj?+  
&wjB{%  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd [x5
mPjgw  
=JW[pRI5a  
5. 有间隔SLM的光学功能 L,$3Yj  
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。 J(e7{aRJ9  
B)6#Lp3  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd (ND
%}  
Xu6K%]i^  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 `
|EH[W&y  
s"coQ!e1.  

I+" lrU  
6. 减少计算工作量 4H-j .|e  
88l,&2q  
采样要求： _*E!gPO  
 至少1个点的间隔(每边)。 iP#=:HZu;  
 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。 ezn` _x_?  
)7Ixz1I9g  
采样要求： .$0Pr%0pWI  
 同样，至少1个点的间隔。 ne*#+Q{E  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Q'K$L9q  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。
0hwj\{"  
H\#:,s{1  
 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。 :Q7mV%%  
 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。 NR3`M?Hjf  
 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)。 |')-VhLLK  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 O%g\B8;  
b\giJ1NJB  
0 iRR{a<  
Qqq <e  
V!&P(YO:  
7. 指定区域填充因子的仿真 >1ZJ{se  
 D:JS)+]  
 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。 J(s;$PG  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 h1f8ktF  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 %4,?kh``D  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 1bSD,;$sQ  
9M'DC^x*T  
,@.EpbB  
8. 总结 EB,4PEe:  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Q9slfQ  
*aRX \TnN  
第1步 Uu'dv#4Iw  
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。 |=5/Rax^  
CT*,<l-D  
第2步 9Cvn6{  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 g_z/{1$  
扩展阅读 ;`UecLb#  
扩展阅读 Fo}7hab  
 开始视频 .=<$S#x^Hb  
-    光路图介绍 _~M^ uW^l  
 该应用示例相关文件： ST;t, D:  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 !#}7{  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 H l<$a"K7\