[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) "m +Eu|{  
PETrMu<  
应用示例简述 kRNr`yfN  
c38RE,4U  
1. 系统细节 P8!Vcy938  
 光源 S!8eY `C.  
— 高斯光束 i_ws*7B<  
 组件 zR h1  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 [P)'LY6F  
 探测器 y %Get  
— 视觉感知的仿真 bTZ/$7pp9  
— 电磁场分布 I_.(&hMn  
 建模/设计 # 'G/&&<  
— 场追迹： 6gwjrGje\  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 Woa5Ov!n0  
RL |.y~  
2. 系统说明 )0`;leli  
|J2_2a/"  
cv;&ff2%?  
3. 模拟 & 设计结果 w[\*\'Vm0  
bW<_K9"  
4. 总结 OQaM47"  
o!L1Qrh  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <aa#OX  
/A\'_
a|  
第1步 0trVmWQ8  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 NuI
9"I/  
mbv\Gn#>  
第2步 Rct|"k_"Ys  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 /pgfa-<  
sR,]eo<p&  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 3sc5meSu'  
3v;o`Em&  
应用示例详细内容 0F=UZf&  
eS fT+UL  
系统参数 AuUT 'E@E  
nlXg8t^G  
1. 该应用实例的内容 9>u2; 'Ls  
K+Q81<X~  
VJBVk8P  
2. 设计&仿真任务 xy
46].x-  
<(`dU&&%"}  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 Ya*lq! u  
jVL<7@_*  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 meu\jg  
QE84l  
^M6v;8EU  
4. 参数：SLM像素阵列 -(~Tu>KaH  
VYTdK"%  
LW?] ~|  
5. 参数：SLM像素阵列 X'.}#R1  
QD]Vfj4+  
l"RX`N@In  
应用示例详细内容 &}32X-~y  
m'Z233Nt"  
仿真&结果 YNc%[S[u^1  
rEfk5R  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 2/=CrK  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 &tw.]3  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 B<DvH"+$  
Smo^/K`f9  
2. VirtualLab的SLM模块 ##Z:/SU  

/@R|*7K;9  
$5yS`IqS  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 yk!,{Q?<$  
 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。 OJ8W'"`L&  
<%hSBDG!x  
3. SLM的光学功能 Gv>,Ad
ka  
Y oNg
3  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 u91;GBY  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 QXishHk&  
 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。 J6Hw05%0=  
tvP_LNMF  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 5FtbZ1L  
pA"x4\s  
 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。 T({:Y. A;  
Un^QNd>  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ?;,s=2  
h|yv*1/|  
4. 对比：光栅的光学功能 4LtFv)i  
 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。 Zw| IY9D  
 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。 );}k@w fw)  
 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)。 5g&.P\c{  
 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。 s6OnHX\it7  
 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。 Mr<2I  
~ 61?nu  
x8.7])?w  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd `"
H!=`  
"^ydoRZ  
5. 有间隔SLM的光学功能 )^ R]3!v  
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。 i&-g 0  
UMm<HQ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd !e&ZhtTuC  
'I($IM  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 +Qt=N6>  
]7O)iq%  
apF!@O^}y  
6. 减少计算工作量 C 6Bh[:V&  
l^:m!SA_  
采样要求： jiYYDGs77  
 至少1个点的间隔(每边)。 ~KDx  
 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。 enj Ti5X  
a)MjX<y  
采样要求： skR/Wf9DH  
 同样，至少1个点的间隔。 <>A:
Oi3^  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 1}t
Z,w>  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 $@FD01h.t3  
2JYp.CJv  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 %Xh/16X${  
 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。 |]RV[S3v  
 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)。 @SDsd^N{2P  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 xM9EO(u  
gq*- v:P>  
Vs]+MAL  
BXO(B'1)]  
\bCm]wR  
7. 指定区域填充因子的仿真 lInq=  
Ra'0 ^4t  
 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。 A)2vjM9}K  
 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。 5UVQ48aT  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 n}7DL8  
 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)。 HDIB GG~  
_YWw7q  
sT[)r]`T  
8. 总结 im>Sxu@  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Z_QSVH68A  
0J_ AX  
第1步 XrYMv WT  
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。  02Ur'|  
$7a| 9s0  
第2步 xQ>c.}J/i  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 %RL\t5TV  
扩展阅读 8JAA?0L"'  
扩展阅读 fa=#S  
 开始视频 3%/]y=rA  
-    光路图介绍 /wK5YN.em  
 该应用示例相关文件： j2cLb  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 U u(ysN4`  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 TYw0#ZXo