[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) mw";l$Aq}  
4(Gs$QkSo|  
应用示例简述 $A,fO~  
X*VHi  
1. 系统细节 sF
^3KJ|  
 光源 &Al9%W  
— 高斯光束 >tXn9'S  
 组件 LGZ5py=xb  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 5fPYtVm  
 探测器 $/5<f<%u&)  
— 视觉感知的仿真 +J30OT8  
— 电磁场分布 a@Tn_yX  
 建模/设计 Lc
(D2=%  
— 场追迹： 0{g@j{Lbz  
 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。 ,A9pj k'  
Ffk$8"  
2. 系统说明 h[72iVn  
+,<\LIP
  
t QkEJ pj  
3. 模拟 & 设计结果 :Jwc'y-]  
q/~U[.C  
4. 总结 ik02Q,J  
#$7 z  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 awN{F6@ZE  
YP{)jAK  
第1步 5"Q3,4f  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 DG
}Y
Qr.L  
cy8+
@77  
第2步 #<|5<U  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 j$<uE{c  
68?oV)fE  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 L+2!Sc,>  
0o2o]{rM{2  
应用示例详细内容 GCCmUR9d  
tyFhp:ZB  
系统参数 Tyt:Abym=  
'jWd7w~(  
1. 该应用实例的内容 jXq~ x"(  
}7YDe'5V  
e_s9E{(  
2. 设计&仿真任务 |E$Jt-'  
=0 W`tx  
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。 +N1oOcPC>C  
4} uX[~e&  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 f)hs>F  
{Buoo~  
 ^! /7  
4. 参数：SLM像素阵列 aCzdYv\}&  
c\~H_ ~F  
}LQ*vD-Jj  
5. 参数：SLM像素阵列 4qo4g+  
e\i K  
T5_z^7d  
应用示例详细内容 #+Z3!VS  
^Cb7R/R3  
仿真&结果 0/P!rH9  
eA9U|&o  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM "GoNTM5h
 
 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)。 vr56 f1  
 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。 <e"O`*ZJ  
M"[s5=:Lo
 
2. VirtualLab的SLM模块 OQ"%(w>Hb  

:Z(?Ct&8  
d!/@+i  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 mN3}wJ}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。 x bF*4;^SI  
yA_;\\  
3. SLM的光学功能 
e"(l
 
|qbCmsY5/  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Xm`s=5%  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 3U=q3{%1  
 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。 qQN&uBQ[  

rZ<0ks  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd AH`D&V  
;hR!j!3}  
 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=*^FK]L`  
-'+|r]  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ])h={gI  
UI|L;5  
4. 对比：光栅的光学功能 }CZ,WJz=  
 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。 EB jiSQw  
 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。 Nw $io8:d  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 c.jq?
Q k  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 h-hU=I8  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 6'ye-}vD-  
K6=-Zf  
a%f{mP$m  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Ga~N7  
+kTAOfM  
5. 有间隔SLM的光学功能 RGYky3mQK  
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。 %lNWaA  
jzV*V<  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd g(<02t!OT=  
GyJp! xFB  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ^T"9ZBkb  
V[,/Hw~d%  
8yax.N j  
6. 减少计算工作量 J]ivIQ  
pVn6>\xa  
采样要求： ~!~VC)a*  
 至少1个点的间隔(每边)。 8h9t8?  
 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。 _m;cX!+~_  
iQ*JU2;7t  
采样要求： ||hy+f[A  
 同样，至少1个点的间隔。 D h]+HF  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 f2[z)j7  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 |GE3.g  

PYr#vOH  
 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。 =O1CxsKt6  
 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。 mU:C{<Z  
 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)。 vrn IEur  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。
!.iu_xJ  
R6dw#;6{I  
0*VRFd4  
Cca( oV  
X obiF  
7. 指定区域填充因子的仿真 UV)[a%/SB&  
W5}.WFu  
 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。 m}6GVQ'Q  
 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。 C]*9:lK  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 %^^2  
 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)。 xuO5|{h  
{.SN  
dW;{,Q  
8. 总结 JI )
+  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 #QZg{  
-"Lia!Q]M  
第1步 2i', e  
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<S*bN>BF  
2tCep  
第2步 2f`
u?
T  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 4PTHUyX  
扩展阅读 T*\'G6e  
扩展阅读 ]eb9Fq:N7  
 开始视频 /YHBhoat  
-    光路图介绍 UBpYR> <\  
 该应用示例相关文件： fS-#dJC";`  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 9g>]m6  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ujB:G0'r