[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) ;^*W+,4WB  
GefTdO.&  
应用示例简述 x;d6vBTUb  
h]gp^?=  
1. 系统细节 >bW#Zs,6  
 光源 oPM96 (  
— 高斯光束 CdQ!GS<'y  
 组件 Y3b *a".X  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 `;C  V=,M  
 探测器 D,feF9  
— 视觉感知的仿真 7:1Lol-V  
— 电磁场分布 *]X'( /b_  
 建模/设计 ~>|ziHx  
— 场追迹： SJ,v?=S
!  
 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。 vs4>T^8e  
e"<OELA  
2. 系统说明 |{ip T SH  
!|(NgzDP/  
MTn{d  
3. 模拟 & 设计结果 7.oM J  
"to;\9lP  
4. 总结 =^?/+p8k  
?@86P|19  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 U xGApK=X  
q
E"OB  
第1步 <5051UEu  
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。 !Uo4,g6r+  
oEv'dQ9  
第2步 |6-nbj  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 mfr|:i  
guR/\z$D@C  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 GbI/4<)l}  
N!}f}oF  
应用示例详细内容 I?CZQ+}Hq  
oB7_O-3z  
系统参数 W>r+h-kR  
;$4\e)AB  
1. 该应用实例的内容 ~n_HP_Kf?  
"tK=+f`NM  
|G<|F`C
j  
2. 设计&仿真任务 f o3}W^0  
~} ~4  
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。 *;FdD{+  
pb,d'z\S  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 tH4B:Bgj!  
-9?]IIVb  
R=?[Nz  
4. 参数：SLM像素阵列 }@)[5N#A|  
;'1d1\wiDQ  
ueNS='+m  
5. 参数：SLM像素阵列 53h0UL  
!4!~Lk=  
6y<EgYzdE  
应用示例详细内容 &p,]w~d,U  
L~3Pm%{@A  
仿真&结果 !G|@6W`  
(8OsGn  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM U<XG{<2  
 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)。 zt%Mx>V@  
 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。 zbiLP83  
LzL So"n  
2. VirtualLab的SLM模块 8P`"M#fI  

a+QpM*n7Lq  
I/N *gy?*  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 XWw804ir  
 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。 RnN!2K  
@4#vm@Yf_  
3. SLM的光学功能 6eCCmIdaM  
zuCSj~  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 nk:)j:fr  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 O6Y0XL  
 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。 V]^$S"Tv  
2an f$^[  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd khd4ue$  
xSu >  
 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。 F'Z,]b'st3  
d;>QhoiL  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Bw.i}3UT6  
uAk.@nfiEv  
4. 对比：光栅的光学功能 7EJ+c${e.-  
 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。 X>^fEQq"  
 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。 =~gvZV-<  
 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)。 6\t@)=C,Q  
 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。 Y:`&=wjP~  
 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。 /wv0i3_e  
7 8,n%=nG  
m {}Lm)M  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd jiGTA:v
 
y7<|_:00  
5. 有间隔SLM的光学功能 Wn6Sn{8W{  
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。 Gm`8q}<I  
(k P9hcV  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd QGz|*]  
Nboaf  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 4ppz,L,4  
 :11 A  
V[V[~;Py  
6. 减少计算工作量 qgB_=Q#E  
L},_.$I?  
采样要求： =pr7G+_u  
 至少1个点的间隔(每边)。 s#MPX3itK  
 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。 *^r}"in  
atzX
;@"
K  
采样要求： |BYRe1l6l  
 同样，至少1个点的间隔。 @9:uqsL  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 -RLOD\ZBh  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 HKeK<V  
ig"L\ C"
T  
 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。 DfB7*+x{  
 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MBLXk  
 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)。 H*6W q  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 A(XKyE
x  
v^PO|Z  
#z42C?V  
"jCu6
Rjd  
c",*h  
7. 指定区域填充因子的仿真 ,z6~?6m  
0"#HJA44  
 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。 ,u m|1dh  
 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。 0\$2X- c  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 &Qm@9Is  
 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)。 [hsds\  
#E]59_  
W3RT{\  
8. 总结 z%kULTL  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 92{\B- l  
JtZ7ti  
第1步 6:2vP NF  
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?Au/  
]^
]wP]R_  
第2步 IA(5?7x`<  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Ca\6v
R  
扩展阅读 V.Mry`9-  
扩展阅读 ;kK/_%gN-G  
 开始视频 8>V5dEbx'  
-    光路图介绍 .(vwIb8\_  
 该应用示例相关文件： 11lsf/IP  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 v,t:+ !8  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ^}r1;W?n