[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) +%~g$#tlJo  
liB>~DVC  
应用示例简述 Y{'G2)e  
DpR%s",Q  
1. 系统细节 [(K^x?\Y0'  
 光源 v>P){VT  
— 高斯光束 p5'\< gQ  
 组件 7I
 
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 abv]  
 探测器 OWkK]O  
— 视觉感知的仿真 n#fg7d%  
— 电磁场分布 5V
cYdu3  
 建模/设计 =
{oO9.9  
— 场追迹： 1FX-#Y`e  
 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。 8|/YxF<  
5f5`7uVJF  
2. 系统说明 j?(QieBH  
w$!n8Aqs  
W2k~N X#@  
3. 模拟 & 设计结果 f<'C<xnf  
RPWYm  
4. 总结 ;vx9xs?6  
%"6IAt  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 G#C)]4[n  
StVv"YY  
第1步 G~Sfpf  
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。 ( FRf.mv{  
xl^'U/  
第2步 l9h;dI{6  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 fYi!Z/Ck2  
hdB[H8Q  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 2P}RZvUd  
gr=`_k4~1  
应用示例详细内容 )em.KbsPPF  
9lx
T5Wg  
系统参数 5 $J  
+9J>'oe'D  
1. 该应用实例的内容 ]lY9[~ v  
^q`*!B9@  
P.:T zk6  
2. 设计&仿真任务 NC}#P<U  
11sW$@xs 9  
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。 QFYy$T+W  
5PPpX=\  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 :6+~"7T  
7w*&Yg]  
h(-&.Sm")H  
4. 参数：SLM像素阵列 ^d*>P|n*@e  
Dhoj|lc  
~}*;Ko\  
5. 参数：SLM像素阵列 j
lBCu(.,_  
B .mV\W  
U:9vjY  
应用示例详细内容 hd;I x%tq>  
`,Gk1~Wv  
仿真&结果 Ah6x2(:  
}TW=eu~  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM MjTKM;  
 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)。 D.b<I79bX  
 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。 |Y11sDa9h  
rE:>G]j6  
2. VirtualLab的SLM模块 v"+EBfx  

$@)d9u cd  
>lmL  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 \irjIXtV  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 MavO`m&Cg  
]o$/xP  
3. SLM的光学功能 1\0
@?6`^  

E,@UM$alP  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 `t&;Yk]-L  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 `WS_*fJ5  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 -;$/<  
[@Y q^.6t  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd m9@n  
59J9V3na  
 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。 m=B0!Z1xx  
V&H8-,7z  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Y;Gm,  
~*[4DQ[\  
4. 对比：光栅的光学功能 K3DJ"NJ<Ji  
 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。 9AzGk=^  
 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。 ^^l"brPa  
 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)。 nn4Sy,cz  
 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。 qI*1+R}  
 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。 {1|7N GQ  
T(^8ki  
C/Bx_j((  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd l$_rA~Mo  
mtd
dLd,  
5. 有间隔SLM的光学功能 {PtTPz  
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。 &Ld8Z9IeFp  
[)>8z8'f  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd @!3^/D3  
!p2,|6Y`y  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 1iL xXd  
`+c9m^  
C&N4<2b  
6. 减少计算工作量 $i~`vu*  
C/XyDbH  
采样要求： @|%ICG c  
 至少1个点的间隔(每边)。 5G;^OI!g  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 XYF~Q9~  
}AZx/[k |z  
采样要求： _6zP]|VBr  
 同样，至少1个点的间隔。 jYID44$  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 F{~r7y;0  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 @k6}4
O?{  
+{!t~BW  
 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。 s^'#"`!v=  
 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。 vqz#V=J{  
 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)。 #'J7Wy
 
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 l!V| T?  
Z;SG<  
B\>}X_\4  
L4*fF  
}SN44 di(  
7. 指定区域填充因子的仿真 qZ_fQ@   
,h.Jfo54,  
 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。 UH&1c8y}  
 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。
@<TZH  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 U{uWk3I_b  
 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)。 G:C6`uiy`  
}6,bq`MN  
';|>`<  
8. 总结 !vVjZ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 (i0"hi  
^ R^N`V   
第1步 [piF MxZP  
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。 Yn]yd1  
@TPgA(5NR  
第2步 SOQ-D4q  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 `e'o~oSu  
扩展阅读 Sb9=$0%\  
扩展阅读 m<,G:?RM  
 开始视频 akc"}+-oX  
-    光路图介绍 5QFXj)hR+4  
 该应用示例相关文件： Dw/Gha/  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 \g:qQ*.  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 m#'rI=}!