[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) MA,*$BgZ  
1~t.2eUG  
应用示例简述 D%~tU70a  
[3"F$?e5  
1. 系统细节 -nXP<v=V  
 光源 k:I,$"y4  
— 高斯光束 Pr1qX5>=  
 组件 y{/7z}d  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 }[Z'Sg]s  
 探测器 ("\{=XAQ  
— 视觉感知的仿真 jB8Q% {%  
— 电磁场分布 dzEi^* (8  
 建模/设计 L/Q[N^ (^  
— 场追迹： Asv]2> x  
 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。 Z/
%FQ  
QuqznYSY{  
2. 系统说明 OL>)SJj5  
M#; ks9  
GQ;0KIN  
3. 模拟 & 设计结果 e
p=r7Mft  
`mzlOB  
4. 总结 &EqLF  
+9w[/n^,G  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ka~_iUU4  
U xBd14-R_  
第1步 <mQXS87  
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。 tsAV46S  
U3X5tED  
第2步 _8a;5
hS  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 qFD ZD)K  
,U3  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 eJ99W=  
H"FK(N\  
应用示例详细内容 .JPN';  
X>8,C^~$1  
系统参数 QkBw59L7  
g%&E~V/g$  
1. 该应用实例的内容 7pm'b,J<  
!HvA5'|:}  
@khFk.LBD  
2. 设计&仿真任务 d.FU))lmD  
U?#wWbE1  
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。 wAKHD*M)  
xj3qOx$  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 fZ$
b8  
hyH[`wiq  
$Z:O&sD{  
4. 参数：SLM像素阵列 053bM)qW  
#RBrii-,  
3PE.7-HF  
5. 参数：SLM像素阵列 {Sf[<I  
H)Btm  
D5,]E`jwu  
应用示例详细内容 )i~AXBt}  
m\56BP-AM  
仿真&结果 jVQy{8{G  
vN Bg&m  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM t3@+idEb  
 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)。 YNr"]SA@;  
 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]Wj9iY  
G&ck98  
2. VirtualLab的SLM模块 fB8, )&  

PMfW;%I.  
zmo2uUEd  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 +>"s)R43  
 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。 gQ_<;'m)2  
4j={ 9e<  
3. SLM的光学功能 >v]^nJl  
G?s9c0f  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 cUY-  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 )[ V8YiyU  
 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。 KqK]R6>  
F\m^slsu7=  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd .d<K`.O;  
rYb5#aT[  
 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。 wZ(1\ M(  
lq-KM
8j  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ,8e'<y  
=W~7fs  
4. 对比：光栅的光学功能 V$?6%\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。 S(gr>eC5  
 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。 |Xt.[1  
 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)。 E_ wVAz3  
 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。 y bhFDx  
 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。 2:38CdkYp  
/6')B !&  
ui%#f1Iq
 
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd $ VT)  
]l,D,d81  
5. 有间隔SLM的光学功能 q3x"9i `  
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。
7kLurv  
,Y:oTo=~  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd sY;h~a0n  
jZA1fV  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 uj8saNu  
Z[#8F&QV!m  
$gl|^
c\  
6. 减少计算工作量 eC-&.Fl  
p:~#(/GWf  
采样要求： 4|?(LHBD)  
 至少1个点的间隔(每边)。 y\??cjWb]  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 }b456J  
A%^?z.  
采样要求： Y/sav;  
 同样，至少1个点的间隔。 j9fBl:Fr  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 f Fi=/}  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 tK3$,9+  

"9;  
 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。 fEBi'Ad  
 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。 Qsbyy>o)  
 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)。 [j6]!p]S$  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 G#%Sokkb'  
#(tdJ<HvC|  
QD-\'Bp/X  
k6#$Nb606  
y6$a:
6  
7. 指定区域填充因子的仿真 HM% +Y47a  
lf=G  
 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。 #N][-i  
 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。 Zf$mwRS[_  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Tb]7# v  
 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)。 ^]o H}lwO  
~>@~U]  
bPTtA;u  
8. 总结 KpGx<+0p  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 2bCfY\k  

Q&I #  
第1步 - +a,Ej  
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。 {iyJHY  
&k'<xW?x  
第2步 f/dJRcDl<  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 "nz\YQdg  
扩展阅读 ^li3*#eT  
扩展阅读 1tY
+0R  
 开始视频 oaj.5hM  
-    光路图介绍 uihH")Mo  
 该应用示例相关文件： FRxR/3&  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 !>F70  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 +&\. ]Pp