[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) S1Q2<<[  
2#z6=M~A  
应用示例简述 y~)rZ-eSB  
L(tA~Z"k  
1. 系统细节 57/9i> @  
 光源 o
dxsF(Q0p  
— 高斯光束 ^4@~\#$z  
 组件 _%G)Uz{3  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 F,0@z/8a  
 探测器 i~\fpay  
— 视觉感知的仿真 %m
R roR6  
— 电磁场分布 ZKKz?reM'  
 建模/设计 %JBFG.+  
— 场追迹： <1tFwC|4BJ  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 FC.d]XA%/d  
8D[8(5  
2. 系统说明 fm2,Mx6  
>Lo 0,b$  
/s.O3x._'  
3. 模拟 & 设计结果 ODn6%fp%  
JZ6{W  
4. 总结 +5pK[%k  
y(&JE^GfX  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 =|IB=  
d%l_:M3  
第1步 mG[S"?C  
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。 ~@ZdO+n?  
[9f TN2'z  
第2步 @MIBW)P<  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 T1bPI/  
H!U\;ny  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 W69 -,w/  
l1^/Q~u  
应用示例详细内容 XWvT(+J  
4`@]jm  
系统参数 t ZUZNKODW  
G5W6P7-<X  
1. 该应用实例的内容 *<*{gO?Q4
 
-|^}~yOx0=  
usiv`.  
2. 设计&仿真任务 Dt,b\6  
5Cxh>,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。 E@\e37e  
@xR7>-$0p  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 m7X&"0X  
$ wGDk
  
Xv3u}nPMq  
4. 参数：SLM像素阵列 Q!/<=95E  
%&KJtKe  
z'a#lA.$}  
5. 参数：SLM像素阵列 <{@?c  
8cn)ox|J[  
WTPp/Nq'  
应用示例详细内容 REnd# V2x  
6U;pYWht  
仿真&结果 <>GWSW  
\&\_[y8U  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM F/9]{H  
 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)。 IdTeue  
 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。 Z!Sv/5xx  
vQ=W<>1  
2. VirtualLab的SLM模块 2V
(ye9  

~Nf01,F  
\dj&4u3  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 !*\)7D  
 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。 b u%p,u!
 
CBx1.xL  
3. SLM的光学功能 cSCO7L2E18  
TkhbnO g6  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 BMU}NZA  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 \7Hzj0hSi  
 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。 E>Ukxi1  
quc?]rb  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd P<GY"W+rR  
]g-(|X~>  
 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。 3F2> &p|7  
^7v}wpwX\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd j
>~^jz:  
\{J gjd  
4. 对比：光栅的光学功能 iRo UM.%  
 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。 M= !Fb  
 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。 &,+G}  
 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)。 p,}-8#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。
& Sy0Of  
 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。 B9|!8V  
`),7*gn*)  
%Rv&VFg  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Gxv@a   
|Q:$G!/  
5. 有间隔SLM的光学功能 b_-ESs]g  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 4xhV
+Y  
QQPbKok>  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd NylN-X7[#  
gT-'#K2qT  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 9Q-/Yh  
=IV_yor  
a*hOT_;#  
6. 减少计算工作量 i`7{q~d=  
6FG h=~{3,  
采样要求： CJg &  
 至少1个点的间隔(每边)。 iZ#dS}VlJ  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 :bwdEni1P  
a#FkoA~M  
采样要求： E-_)w  
 同样，至少1个点的间隔。 /,$;xt-J35  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 9Am&G  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 7CYu"+Ea  
R'qB-v.  
 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。 %1SA!1>j  
 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。 is?`tre\P  
 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)。 l5Z=aW Q  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 -h^FSW($-R  
n[n0iz1-  
}!\NdQs  
4;Z`u.1  
_CAWD;P  
7. 指定区域填充因子的仿真 [&t3xC,  
3 8pw  
 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。 Htl6Mr*{  
 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。 2\l7=9 ]\3  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 %!%3jo0t
 
 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)。 <<@\K
,=  
Gnp,~F"  
i;lzFu)G  
8. 总结 N72z5[..  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 iN+Dmq5  
QKc3Q5)@j  
第1步 6@g2v^ %  
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。 4ao oBY$  
\$^z.  
第2步 4Ub_;EI>  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ESiNW&u2  
扩展阅读 l
>h%J,W  
扩展阅读 >4}+\ Q`S  
 开始视频 w7p%6m  
-    光路图介绍 X<\^*{  
 该应用示例相关文件： #Bj{ 4Oe
V  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 (*7edc"F  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 I!9u](\0