[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) bg,}J/  

#c^Q<&B  
应用示例简述 #8z,'~\  
sv;zvEn;-L  
1. 系统细节 Ke ?uE  
 光源 Vf?#W,5>=  
— 高斯光束 jOb[h=B"  
 组件 H{f_:z{{  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 }91mQ`3  
 探测器 <nvWC/LU  
— 视觉感知的仿真 _onp%*  
— 电磁场分布 3] qlz?5  
 建模/设计 Hk]BC
 
— 场追迹： $&8h=e~]-  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 O$Vm#|$sq  
h6h1.lZ  
2. 系统说明 (oXN>^-D  
m"G N^V7  
Is@a,k  
3. 模拟 & 设计结果 N}Ks[2  
}o^A^
 
4. 总结 uit-Q5@~  
eUkoVr   
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 kP)o=\|W{z  
v\Y}(fD  
第1步 5FSv"=  
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。 gOyY#]g  
b.4Xn0-M  
第2步 _g 4/%  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <} yp  
 xD  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 I/Jp,~JT*  
&ZE\@V
c  
应用示例详细内容 >J}n@MZ  
{(OIu]:  
系统参数 tin|,jA =  
z@~&Kwf\}  
1. 该应用实例的内容 }[z<iij4  
z9 w&uZzi  
f9,EWuQNS  
2. 设计&仿真任务 P/pjy  
+oy&OKCa  
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。 .H^P2tp  
@%<?GNSO  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 hoR=%pC*  
yIIETE  
^$IZLM?E~  
4. 参数：SLM像素阵列 GzFE%< 9F  
-@L's{J{M  
:B=8_M  
5. 参数：SLM像素阵列 wm=RD98  
ns#~}2"d  
qon{ g  
应用示例详细内容 0[lsoYUq  
u<]m
v  
仿真&结果 )_8}53C  
*J_iXu|  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM -~][0PVL9  
 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)。 9&%#nN4`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。 _(6`{PWY  
6z3T?`}Y  
2. VirtualLab的SLM模块 8PBU~mr  

#+"4&:my  
sz/*w7  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 "#pzZ)Zh  
 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。 (`6%og#8  
j/9WOIfa  
3. SLM的光学功能 sS2_-X[_  
{y-2  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 :)p)=c8%  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 O4EIE)c  
 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。 d=XpO*v,[  
't(}Rq@  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd st?gA"5w  
/ Mod=/e  
 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。 l(%k6  
Sty!atEWT  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd k&)K
(  
]U,CKJF%/  
4. 对比：光栅的光学功能 9g Bjxqm  
 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。 S Pn8\2Cj  
 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。 P8wy*JvT  
 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)。 ^/>Wr'w  
 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_'Y`bOQ  
 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。 x(PKFn  
pe()f/Jx(  
Gg%tVQu  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd -J,Q;tj  
r C_d$Jv  
5. 有间隔SLM的光学功能 s`hav  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 u7;`4P:o@  
u#`+[AC`  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd W+gpr|R2  
HG2GZ}~^1  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 /_V'DJV  
&%^K,Q"  
I%@e@Dm,h  
6. 减少计算工作量 +UxI{,L  
Y@Y`gF6F  
采样要求： XHsd-  
 至少1个点的间隔(每边)。 ?6i;)eIOI  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 +YTx  
2;G98H  
采样要求： mD7}
t  
 同样，至少1个点的间隔。 \a\= gn   
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 S5N@\ x  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 %>Bk
o,ET  
v~"Ef_`  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 ~m=$VDWm  
 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。 Xo Y7/&&  
 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)。 Z_FNIM0f  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 XaW4C-D&  
K;x~&G0=  
2F1ZAl  
W;q+,Io  
}W$8M>l  
7. 指定区域填充因子的仿真 ASW4,%cl  
o(qEkR:4kd  
 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。 zmI5"K"
'F  
 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。 %M9;I  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 -#aZF2z  
 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)。 =}v
;1m  
1Bg_FPu  
vU!8`x)  
8. 总结 IIxJqGN:  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 /7gi/uh~-(  
IaLMWoh  
第1步 Seda}  
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。 aG! *WHt  
R&#tSL  
第2步
nUc;/  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 KCUU#t|8V\  
扩展阅读 BwxnDeG)  
扩展阅读 :
y#T9R9  
 开始视频 QR"bYQ  
-    光路图介绍 +8AvTSgX%  
 该应用示例相关文件： 3]/.\(2  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 2n|CD|V$ux  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 J &YQ]l