[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) 7HYwLG:\~  
YPI-<vM~  
应用示例简述 R.<g3"Lm>  
(TT}6j  
1. 系统细节 V(!V_Ug9.  
 光源 {]4LULq  
— 高斯光束 $6R-5oQ  
 组件 Nu)NqFG,  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 H3-hcx54T  
 探测器 sc#qwQ#  
— 视觉感知的仿真 5*u+q2\F  
— 电磁场分布 \1M4Dl5!  
 建模/设计 gL/9/b4  
— 场追迹： ) ;Y;Q  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 O+x!Bg7   
>uEzw4w  
2. 系统说明 >Y@H4LF;1x  
G7/ +ogV  
{
(Es(Sb}c  
3. 模拟 & 设计结果 W: z;|FF  
aV0"~5  
4. 总结 Xne1gms  
=~LJ3sIX  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。  6(R<{{  
+D*Z_Yh6  
第1步 4Ftu  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 <<O$ G7c  
AbW6x  
第2步 C\hM =%  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 JC}D`h  
1s;Saq+  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 _Y m2/3!  
|CbikE}kL  
应用示例详细内容 (S Yln>o  
?:eV%`7  
系统参数 #fM`}Ij.A  
lPAQ3t!,  
1. 该应用实例的内容 w_VP J  
Z0r'S]fe  
%iqD5x$OA  
2. 设计&仿真任务 vW@=<aS Z  

<9b&<K:  
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。 ;}p  
[{/jI\?v  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ChQxa  
)D%~`,#pQ  
J]r^W)O  
4. 参数：SLM像素阵列 7F.4Ga;  
l9"s>PU  
ZSo)  
5. 参数：SLM像素阵列 j B{8u&kz)  
f* wx<  
%\:Wi#w>  
应用示例详细内容 b|(:[nB  
"d}Gp9+$VY  
仿真&结果 V0Hj8}l;M  
&uVnZ@o42  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ;mi%F3  
 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)。
akTk(  
 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。 M D#jj3y  
F((4U"   
2. VirtualLab的SLM模块 x.4m|f0;  

tX~w{|k  
tpx2IE  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 (^>J&[=  
 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。 K:WDl;8(d  
PQE=D0  
3. SLM的光学功能 2B`JGFcdcB  
iU:cW=W|M\  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 \ B%+fw  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 43 :X,\~)  
 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。 !p/goqT~dY  
|1Z)E+q*:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd BFt> 9x]T  
!ubD/KE  
 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。 wdoR
%b{M  
f?)-}\[IR{  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd J9 I:Q<;  
YchH~m
|  
4. 对比：光栅的光学功能 )YI(/*+]  
 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。 O33`+UV"W  
 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。 4I(Xy]wm  
 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)。 H6gSO(U  
 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。 Kf
-JcBsrT  
 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。 c4zR*  
MfkN]\Jyw  
UL9n-M=  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd L\iFNT}g`  
7mfS*aCb  
5. 有间隔SLM的光学功能 L4l!96]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。 d0 /#nz  
Ht&YC<X  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd |+"(L#wk  
a09<!0Rp  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ~bpgSP"
 
Xlt|nX~#;  
XB5DPx  
6. 减少计算工作量 {fp[BF  
)=-szJjXZ  
采样要求： YA5g';$H*  
 至少1个点的间隔(每边)。 Yz93'HDB  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 ?Ss!e$jf  
??/ 'kmd  
采样要求： lk80#( :Z  
 同样，至少1个点的间隔。 Jfl!#UAD|n  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 K"@M,8hb  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 '}#9)}x!  
t.C5+^+%  
 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。 Ssg&QI  
 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。 J4U1t2@)9  
 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)。 Mrb)  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 0C,`h`  
1m0c|ckb  

3HK\BS  
] @fk]]R  
E&:,oG2M  
7. 指定区域填充因子的仿真 o3}3p]S\  
% %UE+u@J  
 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。 q-d:TMkc  
 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。 (&x['IR  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 6;5Ss?ep  
 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)。 "5$B>S(Q  
eb$#A _m  
1[-tD0{H  
8. 总结 IMONgFBS  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 y1L,0 ]  
A\5L 7  
第1步 "U"Z 3*  
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。 
'H<\x  
)whA<lC  
第2步 <1M-Ro?5k  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Ozf@6\/t  
扩展阅读 ;gr9/Vl  
扩展阅读 r",GC]  
 开始视频 SByW[JE  
-    光路图介绍 y"wShAR  
 该应用示例相关文件： FzC'G57Kl  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 DM>eVS3}  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 geCM<]