[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) QM[A;WBr7  
%ezb^O_6v  
应用示例简述 2ec$xms  
wovmy{K  
1. 系统细节 _e?q4>B)c  
 光源 "K|)<6J  
— 高斯光束 #cj\~T.,,  
 组件 4pmTicA~  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 hncS_ZA  
 探测器 Qy=
HrL]x  
— 视觉感知的仿真 6o=qJ`m[?  
— 电磁场分布 *<*0".#  
 建模/设计 HYjMNj0  
— 场追迹： )%iRZ\`f  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 0W T#6D  
0$eyT-:d  
2. 系统说明 -ajM5S=d*  
0PnD|]9:  
)p$\gwr=2  
3. 模拟 & 设计结果 \4h>2y  
1Yc%0L(  
4. 总结 @gt)P4yE  
eecw]P_?  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 {fog<1c  
Z69+yOJI  
第1步 hq/J6 M  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 c%|vUAq*  
J0^{,eY<  
第2步 i(Ip(n  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 _Ry_K3K  
az0cS*@  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 1<xcMn0et  
j~M#Ss-H8  
应用示例详细内容 Gs[Vu@*  
0o=!j3RjH  
系统参数 s~S?D{!  
z>4D~HX  
1. 该应用实例的内容 Tr}R`6d$  
U?bG`. X  
+
$>N]1
 
2. 设计&仿真任务 B|cA[  
: @'fpN  
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。 ,LhEshf  
'UY[ap  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 \r)%R5_CQ  
y^2#9\}K  
:3JCvrq  
4. 参数：SLM像素阵列 mO#I nTO  
+0VG[c\8  
sz'p3  
5. 参数：SLM像素阵列 cp$.,V  
iJ}2"i7M  
fD'/#sA#'  
应用示例详细内容 "37*A<+f  
Osnyd+dJY  
仿真&结果 4[`[mE18.  
Z;hyi'rPJ  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM BsKbn@'uC  
 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=Ne3y  
 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。 zVdKYs i^  
g;8M<`qvf  
2. VirtualLab的SLM模块 +Y7Pg'35  

l{8CISO*  
ASR-a't6  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 H ZPcd_(  
 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。 XTV0Le\
f  
^%;"[r  
3. SLM的光学功能 29%=:*R$  
b7bSTFZxC  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 >;,gGH
 
 为此，将区域填充因子设置为60%。 pDGT@qJ  
 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。 z OtkC3hY  
8/Mx5~ R  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd sc%dh?m7  
Vn'?3Eb<  
 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。 aVP5%  
J;~E<_"Hn  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 0C]4~F x~  
 =^Th[B  
4. 对比：光栅的光学功能 CJp-Y}fGEA  
 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。 :<|Z.4}kJb  
 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。 \7yJ\I  
 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)。 glx2I_y  
 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。 6+iK!&+=  
 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。 ;Z*'
D}  
[m\,+lG?)j  
`_GO=QQ
 
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd DcN"=Y  
e8{^f]5  
5. 有间隔SLM的光学功能 :9`qogF>  
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。 `gI~|A4  
9\AS@SH{^T  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd X'@'/[?  
Oxv+1Ub<Dv  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 S6GMUaR  
2SciB*5  
J?IC~5*2  
6. 减少计算工作量 &Pq\cNYzW  
=:gjz4}_8  
采样要求： _dr*`yXi  
 至少1个点的间隔(每边)。 \-OC|\{32  
 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。 &\k?xN  
7/?DPwbx  
采样要求： p.C1nh  
 同样，至少1个点的间隔。 l<xFnj  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 K_>/lirE?  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 333u
]  
!!WJn}  
 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。 b66R}=P l  
 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。 )|RZa|`-G  
 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)。 &DLhb90  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Hd0Xx}3&  
vTd-x>n  
4gOgWBv  
GJ`UO  
DWrb
p  
7. 指定区域填充因子的仿真 PBrnzkoY  
OR;&TbWF(R  
 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。 /UHp [yod  
 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。 ;& ~929  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 U Du~2%  
 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)。 $)*xC!@6X  
Lm|
al.Z  
 hgO?+x  
8. 总结 Dx3%KS  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 &$#99\/  
B+46.bIH  
第1步 [4>r6Hqxr  
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。 9"ugz^uKt  
F7T
E|LZ  
第2步 76u{!\Jo/{  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 FJwt?3\u5  
扩展阅读 -B9S}NPo  
扩展阅读 J`<f  
 开始视频 zMGzReJ  
-    光路图介绍 `W"G!X-  
 该应用示例相关文件： fY_%33_I$  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 8l23%iWxe  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 v=p0 +J>