[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) bF Y)o Z  

y8~)/)l&  
应用示例简述 eVCkPv*  
(fGJP*YO  
1. 系统细节 ^$Eiz.  
 光源 PM@s}(  
— 高斯光束 ZnhuIAAG  
 组件 [;CqvD<S  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Lx
:9@3'7'  
 探测器 f\F_?s)_y  
— 视觉感知的仿真 ik:)-GV;s  
— 电磁场分布 Q!+{MsZ  
 建模/设计 w`#0 Y9O  
— 场追迹： pXT$Y8M  
 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。 xZ'`_x9l  
NX{-D}1X=  
2. 系统说明 tCCi|*P G  
+SA<0l  
2wuW5H8w{  
3. 模拟 & 设计结果 u FYQ^  
/qhm9~4e3  
4. 总结 zRJKIm  
hIO4%RQj_  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *6x^w%=A  
FiU;>t<)  
第1步 ^L
v^W  
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。 4FHX#`  
s
8_NN  
第2步 l[\,*
C  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 @~U6=(+  
>A(?Pn{|a  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 I'%H:53^0  
>RqT7n8h  
应用示例详细内容 2hA66ar{$  
fJ"~XTN}T  
系统参数 NF\^'W@N  
E~@HC5.M  
1. 该应用实例的内容 xEZVsz  
b;;Kxi:7$}  
k-DB~-L  
2. 设计&仿真任务 {6y.%ysU  
yJ`1},^  
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。 RdVis|7o  
"T1#*"{j  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 N9h@1'>  
*Qwhi&k  
Qbt>}?-  
4. 参数：SLM像素阵列 8J?`_  
"JLhOTPaHf  
mhkAI@)>  
5. 参数：SLM像素阵列 BaTOh'52  
!2M
[  
GKx,6E#JM  
应用示例详细内容 sS2E8Z2  
{*Wwu f.  
仿真&结果 D&6Qk&>  
I;.E}k   
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Sq8Q*  
 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)。 G@<lwnvD*J  
 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。 YGpp:8pen  
a;owG/\p  
2. VirtualLab的SLM模块 +P)[|y +e  

`k%#0E*H  
Qufv@.'AY  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 S9#N%{8P  
 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。 3pjYY$'  
RTA=|q  
3. SLM的光学功能 x|i3e&
D  
xI\s9_"Qy  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 TvG:T{jwy  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 '\E{qlI  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 QV7c9)<]'}  
,u^0V"hJ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd a`X&;jH0ef  
YeVc,B'  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 4m(>"dHP  
\bQ
!>l\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd G$`4.,g  
JG4*B|3  
4. 对比：光栅的光学功能 YYr&r.6  
 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。 GfPz^F=ie.  
 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。 (BQ3M-  
 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)。 $$f$$  
 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。 +9F#~{v`4a  
 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。 +4nR&1z$  
n:."ZBtY*  
^?
xJpr%)  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd :;Rt#!  
207oEO]  
5. 有间隔SLM的光学功能 J6Nw-qF  
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。 (Tb0PzA  
zd4y5/aoS  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 4 Wd5Goe:  
Q~!hr0 ZR  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 T`{M
Q:s  
UKQ&TV}0  
'J0s%m|j  
6. 减少计算工作量 _W@Fk)E6N  
:bDn.`KG#  
采样要求： q&6=oss!  
 至少1个点的间隔(每边)。 t%B!\]  
 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。 X0QS/S-+  
"$cT*}br  
采样要求： KrG6z#)Uz  
 同样，至少1个点的间隔。 koY8=lh/  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 gO!h<1!  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 na:^7:I  
cB=u;$k@*  
 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。 `0
sk2fn  
 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。 7[0k5-  
 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{]#E1}  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 JP*mQzZL  
Y[?Wt/O;  
iB`]Z@ZC  
H).5xx[`  
0)a?W,+O  
7. 指定区域填充因子的仿真 o xu9
v/  
u3brb'Y+  
 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。 u$p|hd d  
 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。 ^O*hs%eO%  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 $%8n,FJ[  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 K"$ky,tU  
.3&OFM  
{;M/J  
8. 总结 Jc^ozw  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 x99 Oq!  
=PM
#eu  
第1步 { F8,^+b|  
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。 "0)
G|pZI  
:#jv4N  
第2步 =@XR$Uud6  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 o}Np}PE6  
扩展阅读 %$?Q%  
扩展阅读 1M+!cX  
 开始视频 g``4U3T%X  
-    光路图介绍 gg_(%.>  
 该应用示例相关文件： --)[>6)I  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 %'O(Y{$Y.  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Z@A1+kUS