[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) Q<zL;AJ  
a2UER1Yp"  
应用示例简述 Mq42^m:qe  
[+gX6  
1. 系统细节 <8!mmOK1  
 光源 |A7Yv  
— 高斯光束 iBxCk^  
 组件 S D]d/|y  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 QY-P!JD  
 探测器 XcaY'k#  
— 视觉感知的仿真 Q5r cPU>A  
— 电磁场分布 SS O$.rp  
 建模/设计 G=!Y~qg  
— 场追迹： W$N_GR'4  
 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。 DyG3|5s1R  
y ']>J+b0  
2. 系统说明 > zh%CF$  
O~9 %!LAu  
;f[Ki$7  
3. 模拟 & 设计结果 -n!.PsGO>  
)& %X AW{  
4. 总结 "Z }'u2%\m  
sqei(OXy  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 @= 6}w_  
R8Lp8!F'  
第1步 v%/_*69a  
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。 KI-E=<zt  
R7e`Wn  
第2步 %#02Z%?%  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 c_O|?1  
'%V ;oJ"  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 kE,~NG9P
  

jIZQ/xp8_  
应用示例详细内容  ,L\OhT  
joAR;J  
系统参数 Z5[ t/  
QZ"Lh  
1. 该应用实例的内容 Bca\grA
 
.gv J;A7  
:bW}*0b-  
2. 设计&仿真任务 W&}R7a@:<~  
D^04b<O<x  
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。 QT9(s\u  
^g~Asz5]  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 *@dRL3c^=  
"xa<Q%hk  
| 3!a=  
4. 参数：SLM像素阵列 BGodrb1  
4NQS'*%D  
IJs*zzR  
5. 参数：SLM像素阵列 g/mVd;#o  
6t*pV [  
>UE_FC*u  
应用示例详细内容 MH'S,^J  
G!8O*4+A  
仿真&结果 e~W35Y>A  
g>_6O[;t%  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM O=MO M  
 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)。 ]3NH[&+  
 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。 )mB+#T<k-  
]H[RY&GY  
2. VirtualLab的SLM模块 TRcY!  

XtNe) Ry  
I/Hwf  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 %8yfFrk  
 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。 T#|Qexz6 @  
S@z$,}Yc`<  
3. SLM的光学功能 f/&Dy'OV7  
<)uUAh  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 R4_4FEo  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 x5WFPY$wM  
 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。 /$! /F@^  
Gz+Bk5#{  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 1[[` ^v  
(%oZgvM  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 WT;=K0W6&  
@7"xDgA  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd F6}Pwz[c  
KY!  
4. 对比：光栅的光学功能 I$n 0aR6  
 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。 Pcnr  
 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。 14]!LgH  
 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)。 \%KJ+PJ  
 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。 &[3 xpi{v  
 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。 fS>W-  
%Fa/82:- "  
']ya_v~e  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd #y&3`Nz3  
yXh=~:1~  
5. 有间隔SLM的光学功能 I
.p26  
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。 8ysU.5S  
drBWo|/  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd js^@tgf$x&  
d8C?m*3J  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 YKJk)%;+w  
T@U_;v|rf  
2Y(Phw2%  
6. 减少计算工作量 |[>`3p"&  
6|V713\  
采样要求： 9b``l-rO  
 至少1个点的间隔(每边)。 6Hi3h{  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 Gx|$A+U  
s_hf,QH  
采样要求： H~i+:X=I  
 同样，至少1个点的间隔。 \;&j;"c,W  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 E b-?wzh  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 c+f~>AaI  
JX7_/P  
 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。 O"<D0xzF?  
 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。 _"&b%!  
 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)。 |P$tLOrG  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 =<YG0K  
3Nd&*QSV  
.5p"o-:D  
W2O =dG`  
H1yl88K  
7. 指定区域填充因子的仿真 r,(rWptf4  
'v GrbmK  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 >2x[ub%$L  
 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。 *NS:X7p!V  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 BKPXXR  
 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)。 EoD;'+d  
\l?\%aqm  
yd$_XWp?\  
8. 总结 #(j'?|2o%  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ^ b{0|:  
f>k]{W Y  
第1步 0.'$U}#b  
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。 <.HX_z3l  
0j %s H  
第2步 ts`c_hH,1'  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 @]uvpI!h  
扩展阅读 V2Q2(yvdJ  
扩展阅读 H5'/i;  
 开始视频 x9bfH1  
-    光路图介绍 \L>3E#R-Q  
 该应用示例相关文件： :aI[ lZ  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 }xcA`w3u2?  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 F.i*'x0u