[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) >S:(BJMo  
@)h>vg  
应用示例简述 cQt&%SVT]E  
0}<blU  
1. 系统细节 (o|bst][S  
 光源 0V<kpC,4  
— 高斯光束 N[W#wYbH  
 组件 !rRBy3&  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 -b^dK)wR~  
 探测器 ly` A,dh  
— 视觉感知的仿真 ;VKWY  
— 电磁场分布 "G@K(bnHn  
 建模/设计 qa^cJ1@  
— 场追迹： Uwkxc  
 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。 o.!o4&WH  
,7@\e&/&  
2. 系统说明 "YI,  

_ VuWo  
;B 8Q,.t>x  
3. 模拟 & 设计结果 ]?(kaNQ"D  
+45SKu=  
4. 总结 rB".!b  
flPS+  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ,]1f)>  
lW|=rq-|  
第1步 -/?)0E  
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。 ,1~zYL?  
U2YY   
第2步 [voZ=+/  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ra'/~^9  
4\-11!'08  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 RWR{jM]V  

60%
nQhb  
应用示例详细内容 6,YoP|@0  
>G|RVB  
系统参数 E$ \l57  

p[P#!  
1. 该应用实例的内容 1?&|V1
vc  
B<EqzP*#  
zn-=mk;W  
2. 设计&仿真任务 Dc0=gq0  
*>W<n1r@]  
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。 }T$BU>z33N  
d\>XfS  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 R-m5(  
8/>.g.]  
t4UK~ {gh  
4. 参数：SLM像素阵列 =7}1NeC`  
_{'[Uf/l  
KMi$0+  
5. 参数：SLM像素阵列 AwG0E`SU  
v K{2  
.
9x*YS  
应用示例详细内容 K*5gb^Ul  
zlEI_th:~  
仿真&结果 a&JY x  
[4#HuO@h  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM /(8"]f/  
 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)。 4)e1K/PJ)  
 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。 >g !Z|ju  
p+~Imf-Jk  
2. VirtualLab的SLM模块 NTq_"`JjZ  

424iFc[  
:"# "{P  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 +PE-j| D  
 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。 fSd|6iFH  
5xr>B7MRM?  
3. SLM的光学功能 F#|y,<}<  
&v0]{)PO  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 g8E5"jpXx3  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 pBe1:  
 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。 NpGi3>5  
`scW.Vem  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd k(RKAFjY  
$s=` {vv  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 nmn/4>  
{f/]K GGk  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd yg8=G vO  
G.O;[(3ab  
4. 对比：光栅的光学功能 [?N,3  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 TI8\qIW  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 .Bkfe{^  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 ZFMO;'m&  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 'V%w{ZiiV  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 CC^]Y.9  
C+t3a@&|  
Y.I~.66s  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd G?v<-=I  
nW
]CA~  
5. 有间隔SLM的光学功能 FWeUZI+  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 7l-MVn_8  
"Ai\NC  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd >A@yF?  
|in>`:qk  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ]0<K^OIY  
Hc8^w6S1@  
JtSwbdN  
6. 减少计算工作量 +pSo(e(  
Q*Jb0f  
采样要求： 1E!.E=Y?M  
 至少1个点的间隔(每边)。 I-8I/RRkmP  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 +cXi|Zf  
,#BD/dF  
采样要求： + R6X  
 同样，至少1个点的间隔。 :I"22EH  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 shdz
kET8N  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 /Bgqf,N |  
@?J7=}bzz  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 FT>>XP8  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 0?t;3z$n  
 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)。 0VQBm^$(  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 E4\HI+  
;~r-P$kCY  
AW\uE[kg  
SN")u  
a{e 2*V  
7. 指定区域填充因子的仿真 28M^F~0  
/+B6oE>8  
 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。 ;Q&9t  
 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。 fup?Mg-  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 #ZPF&u"  
 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)。 cV1E<CM  
Ok)f5")N %  
(qR;6l  
8. 总结 GMZ6 dK  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 1Hhr6T^)  
)(.g~Q:  
第1步 tUJe-3,  
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。 0FL'8!e<  
%L)QTv/  
第2步 ~x4]p|)</  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 wPYeKOh'  
扩展阅读 dg*xo9Xi`  
扩展阅读 hN0h
'JJ[7  
 开始视频 v; ewMiK@E  
-    光路图介绍 R$IsP,Uw  
 该应用示例相关文件： O5:U2o-  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 _qOynW  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 gkTwGI+w