[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) yb,$UT"]  
)4N1EuD6  
应用示例简述 .>S1do+  
IaKJ W?  
1. 系统细节 YF>15{H  
 光源 p0PK-e`@:  
— 高斯光束 5s@xpWVot  
 组件 F$i 6
 
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ([#'G+MC&  
 探测器 7a=ul:  
— 视觉感知的仿真 s>%.bAxc  
— 电磁场分布 @d:GtAW  
 建模/设计 Zu4au<  
— 场追迹： @$nh6l>i  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 ^^< C9  
w`v`aw]  
2. 系统说明 FAX[|p  
y}?PyPz  
y`z4S,  
3. 模拟 & 设计结果 FL4BdJ\  
D5:|CMQ  
4. 总结 ^]Q.V  
CR;E*I${  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 cP\ZeG#<  
h!Y##_&&4  
第1步 nW<nOKTnk_  
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。 ;j qF:Wl@  
(xKypc+j  
第2步 AMASh*  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 #m;o)KkH$r  
u6%\ZK._ \  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 *rB@[(/  
]z#)XW3#i  
应用示例详细内容 *!E~4z=  
 Frz  
系统参数 %Y"pVBc  
lr?SL\D  
1. 该应用实例的内容 9EY`j,{4  
]{|lGtK %  
4*IXBi7%  
2. 设计&仿真任务 :X:s'I4J D  
hwA&SS  
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。 O#p_rfQ  
qz2`%8}F)  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 HXC\``E  
%yd(=%)fMB  
VMe  
4. 参数：SLM像素阵列 W*DKpJy  
4O.R=c2}7>  
k_uI&,  
5. 参数：SLM像素阵列 oE6`]^^  
!"&-k:|g  
wLb:FB2  
应用示例详细内容 (h=]Ox  
=F}qT|K  
仿真&结果 U_;="y  

Gt _tL%  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM E'98JZ5ga  
 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)。 "K$c9Z8
 
 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。 
hc3tzB  
R eb.x_  
2. VirtualLab的SLM模块 '[HQ}Wvn  

H_Va$}8z  
U OGj
il{.  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 u;!h   
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 sC.r$K+k5  
DVMdRfA  
3. SLM的光学功能 R*0mCz^+h  
uB3VCO.;_  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 *wY+yoj  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 *po o.Zz  
 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。 xx|D#Z}G  

IG
{Me  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd "A&A?%  
f F)M'C
  
 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。 oylQCbT  
<2L,+  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd fR~0Fy Gp  
uv8kea .(  
4. 对比：光栅的光学功能 =:zPT;K  
 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。 g5"I{ol5T~  
 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。 I8% -ii  
 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)。 9_F&G('V{a  
 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。 BDzAmrO<  
 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。 %<+uJ'pj  
:uB?h1|  
C.":2F;-e  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 0l& '`  
" DLIx}  
5. 有间隔SLM的光学功能 m. p'LF  
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。 Otx>S' 5  
&-p~UZy  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd d>W#c8X>  
.-![ ra  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 db8vm4  

ujkWVE'  
@: =vK?8L  
6. 减少计算工作量 /W-ges  
R@s|bs?  
采样要求： q :~/2<o  
 至少1个点的间隔(每边)。 O(2c_!d  
 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。 q
~5zv4NX  
MffCk!]  
采样要求： reArXmU<u  
 同样，至少1个点的间隔。 ~av#r=x  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ]!P8{xmb@  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Z<^EZX3N  
a#i|)[  
 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。 tKcC{  
 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。 MBw;+'93qf  
 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)。 C'y2!Q/"  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 <2%9O;bV[  
L(cKyg[R  
hcRe,}wJ  
53ZbtEwhwr  
q+oc^FD?@  
7. 指定区域填充因子的仿真 oIx|)[  
G~bDl:k`A  
 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。 J?X{NARt  
 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。 p=A,yGDV  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 2gkN
\w6zQ  
 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)。 j$XaO%y)  
0gW{6BtPWm  
$ (xdF  
8. 总结 yEbo`/ ]b  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4%8den,|  
ezY^T  
第1步 Gos#=H  
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。 %xG
<hNw/  
|ka/5o  
第2步 t2OBVzK  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 b
Hx@  
扩展阅读 EmrkaV-?k  
扩展阅读 73.+0x  
 开始视频 ^,
^MW  
-    光路图介绍 0L8fpGJ  
 该应用示例相关文件： ! }e75=x  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 9$e$L~I#u  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 OaY89ko