[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) hg#O_4D  
h&n1
}W+  
应用示例简述 AJE$Z0{q  
T\(k=0RM  
1. 系统细节 =FI[/"476  
 光源 t%J1(H  
— 高斯光束 13w(Tf  
 组件 3Pgokj   
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 tK/.9qP  
 探测器 wW/q#kc  
— 视觉感知的仿真 F#M(#!)Y"  
— 电磁场分布 K#AexA
  
 建模/设计 g

ujP{Z  
— 场追迹： 'TuaP`]<  
 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。 2ZEGE+0  
2
  
2. 系统说明 $evuL3GY#  
zH6@v+gb  
gzqp=I[%  
3. 模拟 & 设计结果 m{?f,Q=u@  
EApbaS}Up  
4. 总结 ZTz07Jt  
'21gUYm  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 EwU)(UK  
"om7 :d  
第1步 V$w lOMp  
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。 0Ci/-3HV!  
#0Y_!'j  
第2步 #vxq|$e  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Bt(<Xj D  

k4dC  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Ez0zk9  
^r(My}  
应用示例详细内容 i,a"5DR8  
'&B4Ccn<V  
系统参数 P/|1,Sk  
1ONkmVtL  
1. 该应用实例的内容 / +%  
y32$b,%Xi,  
@v2ko
5  
2. 设计&仿真任务 D_0Vu/v  
PWiUW{7z  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 cPNc$^Y  
wN4#j}C  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 !Kg']4  
#o4tG  
SnQT1U%  
4. 参数：SLM像素阵列 #IM.7`I  
VDbbA\  
62qjU<Z
 
5. 参数：SLM像素阵列 y7fy9jQ 8.  
o25rKC=o  
5HV+7zU5  
应用示例详细内容 )B0%"0?`8  
G_S>{<[  
仿真&结果 }}QR'  
uI/ wR!  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM r9})~>   
 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)。 kt978qfk  
 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。 -m%`Di!E  
qGV_oa74  
2. VirtualLab的SLM模块 (jDz[b#OPz  

%ERcFI]G  
=zcvR {Dkp  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 bPU i44P  
 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。 ?Z7QD8N  
Zob/H+]  
3. SLM的光学功能 hDW!pnj1  
D![v{0er  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 2H)4}5H  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 3uqhYT;  
 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。 w>&*-}XX
 
0<-E)\:[g  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd Yg^ &4ZF  
ro{!X,_$,  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 sI
!H=bp-8  
T`ibulp  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd t~->&Ja   
W-=6:y#A  
4. 对比：光栅的光学功能 tX{yR'Qhu  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。
qUkMNo3  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 Cku"vVw,  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 YNEwX$)M,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。 5 8bW  
 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。 e"nm<&  
CI'RuR3y]Z  
!qt2,V
 
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd >X*tMhcb  
f~`=I NrU  
5. 有间隔SLM的光学功能 L(Y1ey9x  
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。 7Q}pKq]P  
o}OY,P  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd }Y~Dk]*  
d~LoHp  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 FE~D:)Xj'?  
fK J-/{|  
?h= n5}Y  
6. 减少计算工作量 Z[oF4 z   
BzzC|
 
采样要求：
$9)os7H7  
 至少1个点的间隔(每边)。 G,u=ngZ]  
 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。 m8q4t,<J  
!_S#8"  
采样要求： -50DGA,K6  
 同样，至少1个点的间隔。 B/twak\  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Joow{75K  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 A~?M`L>B  
hsC T:1i  
 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。 n|(lPbD  
 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。 Hn|W3U  
 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)。 0HzqU31%l@  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 sg2;"E@  
b}[S+G-9W  
?:(y  
tW\yt~q,  
82r8K|L.<y  
7. 指定区域填充因子的仿真 $R9D L^iD  
@)Qgy}*5  
 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。 OM86C  
 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。  ;
Shu  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ]; w 2YR  
 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)。 YvR bM  
akj<*,  
Abc{<4 z0?  
8. 总结 |Y9>kXMl  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ~tDYo)hH8  
d:=' Xs
 
第1步 WtT;y|W  
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。 kf, &t   
MmF&jd-=  
第2步 ~ao:9ynY  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 bi<<z-q`wJ  
扩展阅读 ,06Sm]4L,  
扩展阅读 J9^NHU  
 开始视频 <b 5DX  
-    光路图介绍 kDmm  
 该应用示例相关文件： .u-a+ac<  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Ak'=l;  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 D"7}&Ry: