[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) iQ:eR]7X  
BT8)t.+
pv  
应用示例简述 "A+
7G5  
)u{]rb[  
1. 系统细节 K\%\p$ZD  
 光源 ^uUA41o`eJ  
— 高斯光束 i*:QbMb  
 组件 iZfZF  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 , p}:?uR  
 探测器 d"?"(Q_8n  
— 视觉感知的仿真 q>BJ:_I i  
— 电磁场分布 2! ,ndLA  
 建模/设计 bi+M28m  
— 场追迹： ]vf0f,F  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 ck0%H#BYY  
M&/4SVBF  
2. 系统说明  ;303fS  
Pah@d!%A  
Nm&'&L%Ch  
3. 模拟 & 设计结果 BZ.l[LMp  
PUO7Z2  
4. 总结
AFL'Ox]0  
ui)mYR[8X  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 &_:9.I1  
Rq+7&%dy  
第1步 ($<&H>j0  
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。 Ewkx4,`Ff  
q%d'pF  
第2步 ^wZx=kas  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ylczM^@  
=gSc{ i|  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Dom]w.W5  
}X8P5c!\  
应用示例详细内容 bnkZWw'9  
\8ZVI98  
系统参数 ,S dj"C  
1ED7
.#g  
1. 该应用实例的内容 %pxJ27Q  
tH0
x|  
{9|*au(K  
2. 设计&仿真任务 g"'BsoJ  
sM)1w-
  
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。 s%R,]q  
/8]
K}yvR  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 w6>P[oW  
gp$]0~[tO  
w
2b(,w  
4. 参数：SLM像素阵列 Yg5o!A  
#w5%^HwO  
E71H=C 4  
5. 参数：SLM像素阵列 m#[c]v{  
6v scu2  
QPp31o.!5  
应用示例详细内容 0 5?`W&:9  
/#{~aCOi)  
仿真&结果 jdVj FCl^#  
C%<Dq0j  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM &x*l{s[  
 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)。 i4>M  
 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。 yMkR)HY  
7~1Fy{tc  
2. VirtualLab的SLM模块 Bkn]80W  

#%$@[4"V  
 =v?V  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 T,/<'cl"  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 daA&!vnbH*  
2\64~a^  
3. SLM的光学功能 t6e6v=.Pg  
.&bc3cW  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 hqHk,#  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ODpAMt"  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 D=D.s)ns*  
AGwdM-$iT  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd "\~>[on  
75
P!`9bE  
 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。
nWf8r8  
0#8lg@e8  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd h;(mb2[R  
J7EWaXGbz  
4. 对比：光栅的光学功能 0#Q]>V@rO4  
 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。 (Cti,g~  
 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。 5Em.sz;:8  
 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)。 8<6@O  
 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。 8ce'G" b  
 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。 {~\:4  
#w^Ot*{!N  
F5UHkv"K&O  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd n0':6*oGW  
Mac:E__G  
5. 有间隔SLM的光学功能 )iPU  
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。 5Ktll~+:#  
hJ4 A5m.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ?^8.Sa{  
$['`H)z  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ~(rZ)  
$S/WAw,/  
xTZJ5iZ17  
6. 减少计算工作量 %3K'[2F  
q.ppYXJUXi  
采样要求： ^(qR({cX  
 至少1个点的间隔(每边)。 bGj<Dojl  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 gp{Z]{io  
.+ic6  
采样要求： Pn}oSCo  
 同样，至少1个点的间隔。 (b.Mtd  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 :|ytw=3>  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 )d=&X|S>  
s*>B"#En  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 3-![%u  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 @Y6~;(p  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 D rouEm  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ,z$U=uo  
<+`}: A  
"Z a}p|Ct  
G^\.xk]  
w 1O)  
7. 指定区域填充因子的仿真 j&,%v+x  
=I)Ex)  
 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。 k/%n7 ;1  
 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。 $
K~ t'wr  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 x#tP)5n?s*  
 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)。 onUF@3V  
</h}2x  
0hju@&Aa  
8. 总结 ^:m7Qd?Z[  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 =a./HCF  
7cT ~u  
第1步 K2pW|@~U  
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。 G(7WUMjl  
Nc[u?-  
第2步 JXF@b-c  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 1bJrEXHXy  
扩展阅读 sJ)Pj?"\?  
扩展阅读 Fop'm))C8  
 开始视频 U>kL|X3 V  
-    光路图介绍 VpmD1YSn  
 该应用示例相关文件： 0N>R!  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 5Qgh\4  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 :/'oh]T|