[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) Ulj2Py}  
#OJ^[Zi<  
应用示例简述 g@MTKqs  
pL-p  
1. 系统细节 TL]2{rf~  
 光源 wbd>By(T1  
— 高斯光束 7k+UCiu>  
 组件 qFe|$rVVIl  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 sb4r\[?  
 探测器 "*%=k%'
 
— 视觉感知的仿真 kSB)}q6a  
— 电磁场分布 NkNw9?:#4  
 建模/设计 9g^@dfBV  
— 场追迹： #`y7L4V*o  
 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。 ^Bm9yR  
B`"-~4YAf  
2. 系统说明 j,E
E`g&  
[g&Q_+,j  
`hM]5;0  
3. 模拟 & 设计结果 uZm<:d2%)  
7" Dw4}T  
4. 总结 <^n9?[m*  
;P5\EJo  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 VIAj]Ul  
*|_u~v:)|5  
第1步 Pa0tf:  
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。 1i bQ'bZ  
;`X-.45  
第2步 Rp}6}4=d  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 s) V7$D  
Qs#v/r  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 =J0FT2 d  
@hl5^d"l  
应用示例详细内容 'e;*V$+  
Qi6vP&  
系统参数 YCw^u  
47`{ e_YP0  
1. 该应用实例的内容 akJ{-   
pOIFO=k  
2ZIf@C{P.  
2. 设计&仿真任务 ?kE2S6j5  
cl:*Q{(Cjk  
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。 w V27  
}-: d*YtK  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 t~sW]<qjp  

;S,g&%N  
lSXhHy  
4. 参数：SLM像素阵列 3w!oJB  
tQo"$ JN}  
r-4I{GPb  
5. 参数：SLM像素阵列 (t<i?>p  
-}4H'%Z(i  
f=}u;^  
应用示例详细内容 '~3(s?B  
\ E[0KvN;O  
仿真&结果 c7wza/r>  
=E4nNL
?  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Br\/7F  
 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)。 Qbt fKn95  
 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。 K# _plpr  
,2&'8:B  
2. VirtualLab的SLM模块 ^C<dr}8  

_or$^.='  
z-krL:A  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 xv4nYm9  
 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。 >a_K:O|AJ  
~;bwfp_  
3. SLM的光学功能 0A5xG&  
}@1LFZx
 
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Y$oBsg\v  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 "]zq<LmX  
 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。 2R<1^  
iDHmS6_c  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ,ZMYCl]  
-bo0!@MK  
 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。 d{ OY  
&W.tjq
mw  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 8 hWQ  
r~t&;yRv  
4. 对比：光栅的光学功能 TN/I(pkt1B  
 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。 {oz04KGsH  
 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。 c!w4N5aM  
 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)。 :4(7W[r6  
 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。 ':.d,x)  
 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。 Ge(r6"%7  
.JQR5R |Q  
Mz
J5_}  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd CZwZ#WV6  
%,6@Uu#%6  
5. 有间隔SLM的光学功能 M{O2O(  
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。 :Tj,;0#/  
QD\S E  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd #-e3m/>  
NbkWy  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 DrMcE31  
T3M 4r|  
_|*3uGo:  
6. 减少计算工作量 (qohb0  
r}*2~;:pW  
采样要求： sjShm  
 至少1个点的间隔(每边)。 HQf[T@  
 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。 atl0#FBd  
{&K#~[)  
采样要求： `33h4G  
 同样，至少1个点的间隔。 {yspNyOx  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 mnu7Y([2>  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 &?zJ|7rh@|  
.HGEddcC  
 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。 X)~JX}-L  
 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。 v]_{oj_(-  
 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)。 puMpUY  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 QM;L>e-ZY  
vQBfT% &Q-  
8iX?4qj{P  
7F+w o  
gI\J sN  
7. 指定区域填充因子的仿真 w="I*7c@  
;=UrIA@y;=  
 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。 Q6
}`%
 
 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?i9F0_  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 !f7}5/YC7v  
 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)。 jL`S6E?7  
W.0dGUi*  
{u9VHAXCf  
8. 总结 ;[dcbyu@  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4fpz;2%  

E;-R<X5n  
第1步 UXIq>[2Z1  
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。 eeB^c/k(P  
NGS/lKz  
第2步 0YIvE\-  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 LvW9kL+WiQ  
扩展阅读 ,gkxZ{Eh  
扩展阅读 Ce`{M&NSWX  
 开始视频 8 kd  
-    光路图介绍 nC[L"%E|se  
 该应用示例相关文件： s "*Cb*  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ApS/,cV  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 W@pVP4F0xM