[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) uI lm!*0  
T8'm{[C  
应用示例简述 ->_rSjnM{  
QPr29  
1. 系统细节 {^(h*zxn  
 光源 :k&R]bc9  
— 高斯光束 ~$w9L998+  
 组件 0Ez(;4]3  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 [C@|qAh  
 探测器 0KT^V R  
— 视觉感知的仿真 EIdEXAC(  
— 电磁场分布 csK;GSp}  
 建模/设计 MEKsL7  
— 场追迹： ?5VPV9EX  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 |f67aN  
VkW N1A  
2. 系统说明 -}:; EGUtd  
{mOQRAKl  
\P~h0zg?  
3. 模拟 & 设计结果 @'IRh9  
{(#2G,  
4. 总结 HAKB@h)  
-HQ(t  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Nl$b;~u  
W*.j=?)\[  
第1步 CqFk(Td9-D  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 XiW~? *Z  
"Sb<"$:  
第2步 *TyLB&<t  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <Dk6o`7^N  
3%~c\naD?O  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ks19e>'5Q  
+Z7:(o<  
应用示例详细内容 qe[P'\]L  
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bu@)r  
系统参数 >}H3V]  
8.WZC1N  
1. 该应用实例的内容 P!xN]or]u  
y?P4EVknM3  
}kZ)|/]kn  
2. 设计&仿真任务 )=TS)C4  
O= 84ZP%  
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。 vw2yOLRX  
&zV;p  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 $*$X5  
}'u0Q6Obj  
1
|XC$0  
4. 参数：SLM像素阵列 2A&Y})D  
4{6XZ_J1  
S;tv4JY  
5. 参数：SLM像素阵列 PblO?@~O  
i87+9X  
bIy:~z5   
应用示例详细内容 3)*Twqt  
|%$mN{  
仿真&结果 _Gtq]`y  

/NB;eV?  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM vYNu=vnM  
 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)。 ]I:h4hgw  
 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。 z8JdA%YBM  
?#gYu%7DN  
2. VirtualLab的SLM模块 ,V`[;~49  

gJY
X  
B&Iy_;  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 5Y#~+Im=[@  
 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。 p<8Ga.kiN  
<G60R^o  
3. SLM的光学功能 OM (D@up  
mvXIh";  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 chszP{-@X  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 k.6(Q_TS  
 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。 uePa4e!  
@QbTO'UzK`  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd u(C?\HaH  
{GhM,-%e  
 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。 q~6((pWi|  
9-hVlQ~|  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ?bw1zYP  
s5
&v~I;>e  
4. 对比：光栅的光学功能 " "{#~X}  
 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。 l~'NqmXe  
 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。 4n}^1eQ9  
 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)。 M?.[Rr-uw  
 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。 ^nN@@\-5  
 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。 Q}|QgN  
i1ss}JJp*  
aP`V  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd k*k 9hv?  
0Q5fX}  
5. 有间隔SLM的光学功能 'w`3( ':=  
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。 ?X~U[dV?  
eGk`Z>  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd U( (F<  
g/BlTi
 
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 j7v?NY  
5o2|QL  
.?LP$O=  
6. 减少计算工作量 H-'~c\)  
I1fUV72  
采样要求： MtXTh*4  
 至少1个点的间隔(每边)。 (C60HbL  
 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。 ![hVTZ,hyZ  
09
w<@#  
采样要求： D/TEx2.=J3  
 同样，至少1个点的间隔。 rFU|oDF  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 AA~6r[*~  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ?)mM]2%%  
C ]
+J  
 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。 @ !m+s~~]h  
 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。 qb?9i-(  
 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)。 $|n#L6k  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 @`H47@e  
'.1_anE]  
vY'E+M"+@  
Ln@n6*%(/  
q}MPl2  
7. 指定区域填充因子的仿真 8"KaW2/%  
HZEDr}RN  
 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。 4pC.mRu 0  
 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。 <imIgt|`2  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ar[*!:!  
 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)。 \A=:6R%Qb  
PHv0^l]B  
gbL!8Z1
h  
8. 总结 J={R@}u  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 a[A9(Ftn  
L0dj 76'M  
第1步 I'>r  
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。 \SQwIM  
V]qv,>  
第2步 c0Oc-,6J  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 U6 $)e.FO  
扩展阅读 <{kr5<  
扩展阅读 y;1l].L  
 开始视频 <yz&> +9,  
-    光路图介绍 K3On8  
 该应用示例相关文件： ncCgc5uP  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 T~JE.Y3B3  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 w|0w<K