[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) zzX9Q
:  
(y2P."  
应用示例简述 E{'\(6z_  
lH>6;sE  
1. 系统细节 nyPW6VQ0n  
 光源 9|>5;Ej
 
— 高斯光束 Kxsj_^&|i  
 组件 `^DP<&{  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 DE$T1pFV  
 探测器 U,,r
B(  
— 视觉感知的仿真 A~'p~@L  
— 电磁场分布 0Pg@%>yb~  
 建模/设计 <##aD3)  
— 场追迹： d)v!U+-|'  
 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。 SXmh@a"*\  
9~}8?kPNw=  
2. 系统说明 %&
4\'lE  
Ap`D{u/  
HjX)5@"o(  
3. 模拟 & 设计结果 4cAx9bqA  
=5M '+>  
4. 总结 $)7Af6xD  
~#iAW@  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 \LDcIK=  
_B\X&!G.  
第1步 #EO],!JM  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 s *<T5Z  
=L}$#Y8?  
第2步 MZSyu  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 7x`4P|Uu  
f
{#Mc  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 5$ rV0X,O  
f2{qj5 K  
应用示例详细内容 Jv:|J DZ'  
r A9Rz^;xa  
系统参数 qAuq2pHA+d  
 SwmX_F#_  
1. 该应用实例的内容 aB4L$M8x  
2pAshw1G  
axd9b,  
2. 设计&仿真任务 K.\-  
&/lmg!6  
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。 bl;v^HR0)  
\EEU G^T  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 8\8%FSrc  
`jCq`-.  
)1]LoEdm`  
4. 参数：SLM像素阵列 2&U<Wiu\}  
TWTRMc;z+  
nB86oQ/S  
5. 参数：SLM像素阵列 Hxd^oE  
\(xQ'AQ-  
.#ATI<t  
应用示例详细内容 ^b(>Bg)T  
&8 4Izs/[  
仿真&结果 -X#qW"92q  
Dv+:d4|"  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM l
~ /y  
 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)。 =u]FKY  
 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。 2E}^'o  
=6+j Po{F  
2. VirtualLab的SLM模块 +l_$}UN  

9TW  
%uhhQ<zs%  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 'k[gxk|d2  
 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。 WWYG>C[  
nzO
RG  
3. SLM的光学功能 Z'z~40Bda  
_d/ZaCx'i  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 hTbot^/  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 k~b8=$  
 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。 )BLoj:gYn  
\78kShx  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd >~^##bIb  
@Ao E>  
 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。 },
LW@Z}  
7 }sj&  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ss>?fyA  
*d/]-JN,K  
4. 对比：光栅的光学功能 [M6/?4\  
 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。 \M`fkR,,'  
 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。 yLlAK,5P0o  
 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)。 D?"TcA  
 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。 F /:2+  
 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。 gJ>HFid_C  
>K;'dB/m;1  
\4`2k  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd p,w6D,h  
SbW6O_   
5. 有间隔SLM的光学功能 4';tMiz  
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。 \W6|un  
;"/ "  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd XP-4=0zd  
9jwo f}OU  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 +iPS=
?S  
5&r2a}K  
{XNu4d9w(  
6. 减少计算工作量 {L8(5  
aJDu_  
采样要求： ?iBHJ{  
 至少1个点的间隔(每边)。 o*u A+7n  
 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。 wFaWLC|&  
f(E  'i>  
采样要求： `&U ['_%  
 同样，至少1个点的间隔。 Do|`wpR  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 R%Yws2Le2  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 o;JBe"1  
'4A8\&lQO  
 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。 r(yb%p+  
 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。 &7X0 ;<  
 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)。 \0pJ+@\T9  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 1q!6Sny@  
[J+K4o8L<A  
4>^ %_Xj[  
@]HV:7<q  
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e0-t6:  
7. 指定区域填充因子的仿真 mHox  
.-N9\GlJ,d  
 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。 b`K~l'8  
 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。 8L 9;VY^Y  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 :OBggb#?!  
 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)。 p$@=N6)I.k  
<96ih$5D1  
q#PGcCtu  
8. 总结 y\@;s?QL  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 zq]V6.]J  
"O|fX\}5  
第1步 N1(}3O  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 v.v3HB8p  
R< xxwjt  
第2步 (s{%XB:K  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 4!6g[[|&J  
扩展阅读 jt2m-*aP  
扩展阅读 xMhR;lKY  
 开始视频 NnSI=M  
-    光路图介绍 6M$.gX G.  
 该应用示例相关文件： <z)MV oa  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 fC%;|V'Nd  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 m$hSL4N