[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) GU8b_~Gk?  
(30{:o&^  
应用示例简述 <.s=)}'`P  
RMMx6L|-:  
1. 系统细节 4&~ft  
 光源 ?"]fGp6y  
— 高斯光束 *-(J$4RNz  
 组件 "Sz pFw  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 AdxCP\S&  
 探测器 e;5n.+m  
— 视觉感知的仿真 W
X&Man!f  
— 电磁场分布 3P-qLbJ  
 建模/设计 (.-3q;)6  
— 场追迹： 8;mn7XX  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 V'sp6:3*\  
_Il/ i&  
2. 系统说明 ))^rk6  
B<i)je!  
n*(Vf'k  
3. 模拟 & 设计结果 L!x7]g,^  
n|dLK.Q  
4. 总结 )eop:!m  
fo9O+e s  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 FVNxjMm,  
UKMr,{iy  
第1步 qMD6LWJ  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 vi')-1Y KM  
pV]m6!y&  
第2步 PXof-W  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Sh(  
_IBIx\F  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 6"U&i9  
[,e[~J`C  
应用示例详细内容 lp3 A B  
R h zf.kp  
系统参数 !7"-9n  
H6X]D"Y,  
1. 该应用实例的内容 ]S4TX  
VRurn>y0  
FZ'|z8Dm  
2. 设计&仿真任务 `W,gYH7  
??0C"8:[  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 yb*P&si5bY  
8mI eW  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 .q$HL t  
9r=@S  
hn\<'|n  
4. 参数：SLM像素阵列 (yIl]ZN*  
fYU/Jn#  
4^vEMq8lB  
5. 参数：SLM像素阵列 <;<_f U  
}UNRe]ft$  
)X2=x^u*U  
应用示例详细内容 +U_> Bo  
>F+Mu-^  
仿真&结果 fr kDf-P  
LDqq'}qK6  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM @9~a3k|  
 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)。 rM<|<6(L  
 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。 ]ZKmf}A)1P  
,DsqKXSU  
2. VirtualLab的SLM模块 ~H!s{$.5  

CnyCEIO-  
3;(;'5|Z  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Wh6jr=>G  
 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。 xp-.,^q\w  
dYV'<  
3. SLM的光学功能 H1X38  
?;Dh^mc  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Kcv7C{-/  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ep`WYR|B  
 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。 cr
Hd$~q,  
[mX/]31  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd `(s&H8x#  
G;:n*_QXE  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 d#E]>:w
9  
WBT/;),}:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd oe,I vnt  
J%`-K"NB  
4. 对比：光栅的光学功能 F|p&v7
T  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 ]G.ttfC  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 }pOL[$L  
 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)。 H0<(j(JK  
 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。 _Kdqa%L !  
 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。 Ojqbj0E9  
>xQgCOi  
iIWz\FM  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 8q9HQ4dsL  
\; ! oG  
5. 有间隔SLM的光学功能 %xZYIYKf  
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。 6UK{
0\0  
Y+5nn  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd `kb]tf  
2Zt :]be  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 qW*JB4`?a  
xVk|6vA7  
hu}`,2  
6. 减少计算工作量 )yvI {  
cojtQD
6  
采样要求： sXHrCU  
 至少1个点的间隔(每边)。 |iN!V3#S  
 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。 q =sEtH=  
&:1PF.)N  
采样要求： A&EVzmj-+X  
 同样，至少1个点的间隔。 A[lbBR  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 (A!+$}UR  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ~ [L4,q  
xs+pCK|  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 2ghTAsUx9  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 ]WlE9z7:8  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 HKu? J  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Q9,H0r-%  
k#mQLv  
)I7~<$w  
I(LBc  
%04N"^mT'~  
7. 指定区域填充因子的仿真 fik*-$V`  
v4M1uJ8  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 zN}1Qh  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 <T]BSQk  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 QTZfe<m0  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 ( R2432R}J  
/^_~NF#  
D7q%rO|F'  
8. 总结 /.PjHTM<  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _dQVundH  
f#4,2Xf  
第1步 "^sh:{  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 SN w3xO!;&  
U*Q1(C  
第2步 tBR"sBiws  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Td!@i[6%H  
扩展阅读 ^{z
@=o<o  
扩展阅读 L~x PIu  
 开始视频 c6 O1Z\M@\  
-    光路图介绍 b| e7mis@  
 该应用示例相关文件： WhPwD6l>  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 M0Eq 7:Ba  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 E?$|`<o{|`