[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) SdnO#J}{  
0O]v|  
应用示例简述
*_}0vd  
G!%8DX5  
1. 系统细节 |~18MW  
 光源 d:#tN4y7(  
— 高斯光束 jPZpJ:  
 组件 kh#fUAt  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ^7=7V0>,:  
 探测器 iY&I?o!Ch  
— 视觉感知的仿真 H5:f&m  
— 电磁场分布 asCcBp  
 建模/设计 M1*bT@6  
— 场追迹： z%lJWvaA7  
 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。 8B(v6(h  
N0NFgW;  
2. 系统说明 >&7^yXS  
l5KO_"hy  
e:C4f  
3. 模拟 & 设计结果 r=54@`O!  
]bpgsW:Xu  
4. 总结 /5j5\F:33  
HTvUt*U1  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 +PKsiUJ|  
x.] t
GS  
第1步 *-Vr=e<8   
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。 Z;RUxe|<k  
1v,R<1)&  
第2步 6f ?,v5  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 $z 5kA9  
M:iH7K  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 OIjSH~a.  
zZ<
*  
应用示例详细内容 (hQi {  
4udj"-V  
系统参数 uhp.Yv@c  
;/JXn  
1. 该应用实例的内容 0 ]L  
\^RKb-6n  
v=cQ`nou  
2. 设计&仿真任务 ZKpJc'h  
?#z<<FR  
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。 lCl5#L9  
W-/V5=?   
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ecQ,DOX|b  
[K'gvLt1  
_:p-\Oo.  
4. 参数：SLM像素阵列 kLU-4W5t  
$60`Hh 4/  
R<{Vgy  
5. 参数：SLM像素阵列 cF8X  
,u)jZ7  
$AE5n>ZD$  
应用示例详细内容 j0a=v}j3  
 Y#~A":A  
仿真&结果 FU>KiBV#  
BzO,(bd!PI  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM : T7(sf*!*  
 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)。 uZ\+{j=  
 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。 =+ >>l0=_v  
n\JI7A}  
2. VirtualLab的SLM模块 kw]?/s`  

83gWA>Odh  
3JBXGT0gJ  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ar}-~~h 5  
 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。 =y)K er  
IOdxMzF`m  
3. SLM的光学功能 n_9Ex&?e  
nw%`CnzT  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 [0]A-#J  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 [wnp]'+!  
 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。 v~x4Y,m%  
5Pn.c!  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd xy"'8uRi  
X:;x5'|
 
 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。 HK~SD:d  
bE'{zU}o  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd )`R}@(r.  
#ye`vD  
4. 对比：光栅的光学功能 rVl 8?uy  
 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。 *vuI'EbM  
 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。 <r t$~}  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 #5z0~Mg-X  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 L~Peerby  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 3]mprX'  
ThI}~$Y  
:-Jryi
I  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd AD?XJ3  
p^RX<L/\=_  
5. 有间隔SLM的光学功能 $/IFSB9  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 oeZuvPCl  
Abt<23$h  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd }_
XiRm<  
4\ Xaou2V[  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 62zu;p9m  
:=ek~s.UV  
9*ZlNZ  
6. 减少计算工作量 9,`i[Dzp  
a
{hc{  
采样要求： PDuBf&/e  
 至少1个点的间隔(每边)。 D_
czUM  
 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。 !W@mW 5J|  
o9"?z  
采样要求： bHv"
!  
 同样，至少1个点的间隔。 "IT7.!=@9  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 6Jb0MX"AVr  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ka\{?:r,8  
Q/ .LDye8  
 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。 v>B412l  
 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。 \?T9v  
 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)。 Z6i~Dy3  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Z}uY%]  
4hwb] Yz  
"N6HX*  
2WFZ6  
;6[6~L%K}  
7. 指定区域填充因子的仿真 NF6xKwRU]_  
`HXv_9  
 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<5ST>(  
 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。 CMW4Zqau*  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 _Ik?WA_;  
 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)。 {&IB[Y6  
Nb&j?./  
@`4T6eL5  
8. 总结 :)lG}c  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 %0C [v7\  
$5JeN{B  
第1步 i3N{Dt  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 <lf692.3  
O?Bf (y  
第2步 K_)~&Cu*'  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 F8?2+w@P  
扩展阅读 uv/\1N;V3  
扩展阅读 znsQ/[  
 开始视频 : "|/  
-    光路图介绍 -!1=S: S  
 该应用示例相关文件： >80k5$t  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Qq`S=:}~x  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 :kR>wX