[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) Z bW!c1s{  
t!8(IR  
应用示例简述 QkFB\v  
0&~JC>S  
1. 系统细节 oSf6J:?*e  
 光源 H|Y*TI2vf8  
— 高斯光束 !+k);;.+  
 组件 QO/nUl0E  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 :' =le*h  
 探测器 K/YXLR
+  
— 视觉感知的仿真 #0"Pd8@  
— 电磁场分布 :@RX}rKG  
 建模/设计 b FMBIA|  
— 场追迹： FUP0X2P   
 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。 s/l>P~3=  

;b5^)S  
2. 系统说明 DL*&e|:q  
]Sey|/@D  
'uW&ADp  
3. 模拟 & 设计结果 GI<3L K\  
w61*jnvi@  
4. 总结 _,<@II  
,/YTW@N  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 1`sTGNo  
8 7z]qE  
第1步 ;=UkTn}N?l  
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。 e#AmtheZR  
+h)1NX;o1  
第2步 Ihd{tmr<  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Pil_zQ4  
?$Dc>  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 TFNB%|  
7Y%Si5  
应用示例详细内容 z41v5rB4  

/M@[ 8  
系统参数 +MtxS l  
dC/@OV)0#  
1. 该应用实例的内容 ;d.gVR_V  
M+VAol}1  
uC! dy  
2. 设计&仿真任务 &X6hOc:``\  
VBtdx`9  
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。 `)tIXMn  
(]nX:t  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Y6`^E  
P9o
=G=i  
z.~jqxA9  
4. 参数：SLM像素阵列 <2e[;$  
M2nWvU$  
2@!B;6*8q  
5. 参数：SLM像素阵列 4$y P_3  
#l 6QE=:  
eGLB,29g
 
应用示例详细内容 Os/?iGlD*E  
0}"'A[xE  
仿真&结果 :rU,7`sE/  
A!v:W6yiz  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM &a+=@Z)kf  
 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)。 LvCX(yjZ*  
 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。 T|2v1Vj  
RB9ZaL\  
2. VirtualLab的SLM模块 (
e#f  

L1kAAR  
XG E.*aI  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 y"|gC!V}  
 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。 %R<xe.X  
XM)  
3. SLM的光学功能 `PT'Lakf;3  
q8}he~a  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 h!7Lvh`o  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 tC5>K9Ed  
 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。 zJ_y"bt  
r&_e3#]*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd nE56A
#,Q,  
pV`/6 }  
 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。 CY\D.Eow  
D,()e^o  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd "TVmxE%(  
8v)iOPmDC  
4. 对比：光栅的光学功能 :m<#\!?  
 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。 ,Fn-SrB:  
 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。 T@Z-;
^aV  
 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)。 abp\Ih^b  
 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。 =imJ0V~RW  
 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。 pjma<^|F  
Fw8b^ew  
\zeuvD  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd $WO{!R  
@SI,V8i  
5. 有间隔SLM的光学功能 2$'bOo
 
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。 L^=G(op*  
YRCOh:W*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd *;F:6p4_  
fRHzY?n9;  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 6),!sO?  
S~
>R}=  
et/v/Hvw1  
6. 减少计算工作量 yG;@S8zC  
!;Ke#E_d  
采样要求： _j*a5fsPU  
 至少1个点的间隔(每边)。 ^v+p@k  
 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。 G_M8? G0  
<*9(m  
采样要求： ,b:~
Vpb1I  
 同样，至少1个点的间隔。 {w@9\LsU  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 PsZ>L  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 P&yB(M-z  
GE? \Vm  
 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。 ght3#  
 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。 cgO<%_l3`  
 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)。
wB:<ICm  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 AY;[v.Ff4  
yq1G6hw  
'<>?gE0Cd  
ErgWsAw-  
p=\Q7<Z6d,  
7. 指定区域填充因子的仿真 }Syd*%BR[  
0\,!  
 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。 -!V{wD3,B  
 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。 yMC6 Gvp  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 T=RabKVYP  
 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)。 S~R[*Gk_uT  
5#y_EpL"  
=\mJ5v"hA  
8. 总结 ~z,
qr09  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 d%RH]j4  
4$81ilBcL  
第1步 $<"I*l@  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 (g&@E(@]?  
Xtloyph  
第2步 ~SmFDg$/m  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 s< Fp17
 
扩展阅读 CSz+cS  
扩展阅读 2.\"Q  
 开始视频 % [~0<uO  
-    光路图介绍 ;rNX  
 该应用示例相关文件： 3E0C$vKM  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 m4yWhUi(o  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 t,Q"Pt?