[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)
=u;q98r  

,MvvW{EY  
应用示例简述 pwZ &2&|  
Q o=  
1. 系统细节 O0$ijJa|  
 光源 J|DWT+$#Z  
— 高斯光束 lJYv2EZ  
 组件 ?5GjH~  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 dO8Z {
wfs  
 探测器 X*Q7Yu  
— 视觉感知的仿真 'Gt`3qG  
— 电磁场分布 cxv)LOl-  
 建模/设计 XqwdJND  
— 场追迹： 1Gqtd^*;  
 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。 _9gn;F  

_|Dt6  
2. 系统说明 jyT(LDsS  
:iWV:0)P  
c`jTdV
D  
3. 模拟 & 设计结果 tllg$CQ5  
2 rBF<z7  
4. 总结 2'}2r ~6  
4Sl^cKb$7  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 :m~lgb<  
r-0 7!A  
第1步
4{Ak|  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 %FRkvqV*  
;kFp)*i  
第2步 J *B`C^i  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 0y1t
%C075  
50Jr(OeU<  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 |JDJ{;o  
x-QP+M`Pu  
应用示例详细内容 ZEMo`O  
j>:T)zhyY  
系统参数 97g-*K  
lGz0K5P{  
1. 该应用实例的内容 @Uu\x~3y  
E:tUbWVp  
N1$P6ZF  
2. 设计&仿真任务 FPMk&  
0VZj;Jg}q  
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。 >*(>%E~H  
0CR;t`M@  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 @rF\6I  
0t&H1xsxX  
4CCux4)N  
4. 参数：SLM像素阵列 K_xOY *  
7wnzef?)  
D0P% .r"v  
5. 参数：SLM像素阵列 lyPXlt  
i_@RWka<  
S.j
jB  
应用示例详细内容 Rju8%FRO  
+!Ltn  
仿真&结果 Y^G3<.B  
`iI"rlc  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 2uTa}{/%  
 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)。 vB{b/xmah  
 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。 f#t^<`7  
>KPJ74R  
2. VirtualLab的SLM模块 <j#EyGAV  

E~P0}'  

Uu+C<j&-  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 m0"\3@kB  
 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。 rZv+K/6*M  
(A
YS>8O&  
3. SLM的光学功能 aiHr2x
6  
GP$Y4*y/  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 )8SP$  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 k ))*z FV  
 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。 %np#Bv-L  
ar|[D7Xrq\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd (0Cszm.  
,LZ:y1z'V-  
 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。 x,dv~QU  
d@tr]v5 B  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd l'T0<  
<^Tj}5)n  
4. 对比：光栅的光学功能 02[II_< 1  
 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。 )mdNvb[*n  
 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。 s>\g03=  
 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)。 jVIpbG44  
 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。 BT3O_X`u  
 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。 o3qv945  
@UX@puK`/  
]LTc)[5Zj  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd #:|?t&On  
l`&6W?C  
5. 有间隔SLM的光学功能 J36@Pf]h  
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。 &|'6-wD.  
?8@*q6~8  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd yXx62J  
QtQ^"d65  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ]ECZU  
;;!{m(;LS}  
[Z\1"m  
6. 减少计算工作量 8 -;ZPhN&  
qk,y|7p  
采样要求： Vor9 ?F&w  
 至少1个点的间隔(每边)。 !h>$bm  
 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。 "n }fEVJ,  
~^~RltY  
采样要求： tcEf ~|3  
 同样，至少1个点的间隔。 hX%v`8  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ddDJXk)!0  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Az9J{
)  
;}~Bv
<#  
 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。 ',`4 U F  
 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。 8M+F!1-#  
 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)。 _np>({  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 zl 0^EltiU  
up3<=u{>  
0C+yq'D~[  
l=~99m
E  
B4Af  
7. 指定区域填充因子的仿真 u6I0<i_KZ  
k`mrRs  
 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。 B9)qv>m  
 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。 <VR&=YJ  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ((>3,%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)。 A|_%'8  
7WfirRM  
OGi4m |  
8. 总结 bA^:p3  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 'a/6]%QFd!  
D3AtYt  
第1步 1\J1yOL  
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。 us,,W(q  
nBIv{  
第2步 x*"pDI0k)  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 xiOrk  
扩展阅读 |XA aKZA  
扩展阅读 X1V}%@3:  
 开始视频 zV(tvt  
-    光路图介绍 JS7}K)A2B6  
 该应用示例相关文件： 5A]
LNA4i  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 V?V)&y] 4  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 (:bCOEZ