[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) HS.^y x  
V hk_  
应用示例简述 `"@g8PWe  
gF0q@My~  
1. 系统细节 V`RNM%Y  
 光源 S3@|Q\*r  
— 高斯光束 q-`RI*1]  
 组件 9!Ar`Io2@  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ]ZoD'-,  
 探测器 pFm=y#!t  
— 视觉感知的仿真 DF g,Xa#  
— 电磁场分布 %<\6TZr  
 建模/设计 c1_5, 1U'  
— 场追迹： $YXMI",tt<  
 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。 MzP7Py 8.  
%uoQ9lD'  
2. 系统说明 0k'e:AjP  
OKP9CLg9  
m1IKVa7-\}  
3. 模拟 & 设计结果 =e}H'5?!  
\2(SB
  
4. 总结 \/SQ,*O  
}?@rO`:EF+  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 zOSs[[  
k $fGom  
第1步 Q3 eM2i8Y  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 `iJhG^w9M  
X5]TY]  
第2步 ncX/L[L  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Sje wuIi1  
*5wu   
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 uU> wg*m  
I0'[!kBF|  
应用示例详细内容 O4g+D#Lu  
Bcjx>#3?L  
系统参数 78Aa|AJU  
s%!`kWVJ.  
1. 该应用实例的内容 %&Fk4Z}M  
"&/]@)TPz  
)m&U#S _;  
2. 设计&仿真任务 "ywh9cp  
+hRmO  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 YqV8D&I  
AWjm~D-?  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ?6k}ii!c  
cNKUu~C+  
Lqp8yVO  
4. 参数：SLM像素阵列 M^7MU}5w  
+@
Ad1fJi  
`Bw9O%]-S  
5. 参数：SLM像素阵列 k78Vh$AA6%  
g'l?~s`SB  
yE\wj  
应用示例详细内容 S/`%Q2za4  
+'G0{;b  
仿真&结果 Otz E:qe  
x-'~Bu  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 68iV/7  
 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)。 ]O` {dnP  
 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。 <X_!x_x  
E_1="&p  
2. VirtualLab的SLM模块 : 5U"XY x@  

s 1ge0~p3  
GI7=xh  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 o3Vn<Z$/Cl  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 \#rO!z d  
zD)pF1,7:8  
3. SLM的光学功能 ,WQ^tI=O  
/EMJSr  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 a1.|X i'/z  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 j+8TlVur  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 3p*-tBOO  
-z:&*=  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ;XC@=RpX  
` r']^ ,  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 6] z}#"  
vU*x2fVb}  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 3I|3wQ&#(  
k]rLjcB  
4. 对比：光栅的光学功能 .A1\J@b  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 Bd3~EbFL  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 l+wc'=]  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 3"UsZyN:  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 eV6o3u:9  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 1# t6`N]?V  
O!Wd5Y  
cE{ =(OQ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 6<5Jq\-h  
E4D (,s  
5. 有间隔SLM的光学功能 "%@uO)A /  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 =ZsGT  
!7U\J]  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd }Uf<ZXW  
M8@_Uj  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 'FzN[% K"  
!]S=z^"<  
S*)o)34U  
6. 减少计算工作量 uu%?K@Qq  
hxC!+ArVe  
采样要求： xq!IbVV/h  
 至少1个点的间隔(每边)。 &!y]:CC{  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 ^ft]b
2i  
m
YNEz @  
采样要求： >sj bK%  
 同样，至少1个点的间隔。 {5Eyr$  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 j5%qv(w  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 d<@Mdo<;?g  
b0a}ME&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。 .}9FEn 8  
 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。 agd)ag4"[u  
 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)。 qi+&|80T.  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 r(}nhUQ%E  
|,}E0G.  
+=8X8<Pu  

ggou*;'  
?An,-N-ezf  
7. 指定区域填充因子的仿真 o&^NwgRCF  
l_v*7d  
 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。 RI@*O6\/I  
 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。 3:|-#F*k{  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 * Zd_ HJi  
 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)。 7nz!0I^  
DMkhbo&+  
bZ#X9fT  
8. 总结 >IR$e=5$  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 
B4O6>'  

2q%K)h  
第1步 }f}IA\8]  
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。 3#Y3Dz`  
y3yvZD  
第2步 O}gX{_|6  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 DuF7HTN[K  
扩展阅读 7Qh_8
M  
扩展阅读 r]t )x*  
 开始视频 U1Yo7nVf  
-    光路图介绍 3cu9[~K  
 该应用示例相关文件： )!C7bTv 4  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 g2'x#%ET  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 A1Q +0