[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) }2V|B4  
[<f\+g2ct  
应用示例简述 K.b-8NIUW  
~G5)ya-  
1. 系统细节 SvDVxK  
 光源 <E$5LP;:  
— 高斯光束 LuR.;TiW  
 组件 VJZ   
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 e)7[weGN  
 探测器 n1.]5c3p  
— 视觉感知的仿真 ZqS'xN:k  
— 电磁场分布 . (Q;EF`_U  
 建模/设计 nmS3  
— 场追迹： 0=L:8&m  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 /`}C
~  
bWUo(B#*I  
2. 系统说明 }_gCWz-5?  
8Ay#6o  
T4o}5sq}S  
3. 模拟 & 设计结果 I)Lg=n$  
}T4"#'`  
4. 总结 H:y.7  
Ok2k; +l  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 rc9 \  
ZDcv-6C)B  
第1步 6-QTqb?U;N  
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。 p>|;fS\`@}  
jJ|u!a  
第2步 X:@nROL^7  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 XvZg!<*OH  
 V:F)m!   
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  
Hc5@gN  
应用示例详细内容 m:II<tv  
~*THL0]~  
系统参数 ) dwPD  
Gvl-q1PVC  
1. 该应用实例的内容 [1 w  
r3_@ L
>;  
}oj$w?Ex  
2. 设计&仿真任务 2EycFjO  
mNWmp_c,1  
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。 <yE(p  
#CHsH{d  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 $2 ~A^#"0  
Y'%sA~g  
l3b$b%0'  
4. 参数：SLM像素阵列 t 0nGZ%`  
vC&y:XMt,`  
hTf]t  
5. 参数：SLM像素阵列 r >u0Y  
DZRkK3  
dB^J}_wp  
应用示例详细内容 N[){yaj  
dxUq5`#G,  
仿真&结果 Hx62x X  
bx!Sy0PUJ  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 91jv=>=DM  
 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)。 %Kd8ZNv  
 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。 LN" bGe  
`-qSvjX  
2. VirtualLab的SLM模块 Ga+\b>C  

)}]<o |'  
K>w}(td  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。
Ep.,2H  
 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。 e7>)Z  
 ORp6  
3. SLM的光学功能 FavU"QU&|  
?b^VEp.;}  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 y%v<Cp@R  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 UI_|VU>J  
 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。 J<>z}L{  
$/Zsy6q:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd *x)WF;(]g  
/n/U)!tp  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 FWq6e,  
=}Bq"m  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd v>~ottQ|  
X+?*Tw!\  
4. 对比：光栅的光学功能 ~;Ss)d  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 0$":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。 `a3q)}*Y
 
 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)。 OzX\s=  
 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。 ~AS2$  
 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。 <E&1HeP  
%R7Q`!@8  
p%]*I?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd NA]7qb%%<  
kIiId8l  
5. 有间隔SLM的光学功能 5R{ {FD`h  
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。 [WRs1$5  
#- z*c  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 8}{';k  
@zT.&1;`  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ?*9U d  
#CW]70H`  
~Rs|W;  
6. 减少计算工作量 4)]g=-3  
-EF(J  
采样要求： (=QaAn,,R  
 至少1个点的间隔(每边)。 \&&kUpI  
 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。 Y)hLu:P]  
dt',)i8D  
采样要求： OcQ_PE5\  
 同样，至少1个点的间隔。 ~V`D@-VND  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 |n}W^}S5  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 SL hki)
|  
XG<^j}H{}  
 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。 GH7{_@pv8  
 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。 Jk}L+Xvv  
 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)。 )XnG.T{0|  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 f`:e#x  
l0U6eOx  
2GqPS  
;}A#ws_CD_  
Av.(i2  
7. 指定区域填充因子的仿真 p87s99  
`]LaX&u  
 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。 e&OMW,7  
 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。 U`W^w%  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。
<^~Xnstl  
 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)。 @E,{p"{  
\xDu#/^  
Jtd@8fVi  
8. 总结 1.p?P] .  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ,h#!!j\j6  
cQ6[o"j.  
第1步 S82NU2L  
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.TFV.  
6N~ jt  
第2步 \$?[
>=<wB  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 D4 {gt\V  
扩展阅读 tPO.^  
扩展阅读 "sAR<5b  
 开始视频 i#kRVua/  
-    光路图介绍 iJ?8)}  
 该应用示例相关文件： xXA$16kd  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 -fL|e/  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 }td+F&l($V