[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) T@%;0Ro~  
!w @1!Xpn1  
应用示例简述 b24NL'jm  
}f<fgY  
1. 系统细节 A/ 7r:yO  
 光源 )j{WeG7L  
— 高斯光束 fR+Ov8PCq  
 组件 $ /}:P  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 *37LN  
 探测器 Q3Ny5G>  
— 视觉感知的仿真 S4#A#a2J  
— 电磁场分布 &&]"Y!r -  
 建模/设计 cmwzKu%  
— 场追迹： f28gE7Y\a  
 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。 ZAI1p+  
Kj~>&WU  
2. 系统说明 `E./p  
kS@9c _3S  
2E@C0HaL  
3. 模拟 & 设计结果 E9L!O.Q  
R=][>\7]}  
4. 总结 gi1}5DR  
*%ed;>6:Q  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ^2&O3s
  
Y|hzF:ll  
第1步 9f@#SB_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。 ",M
K'\E  
r~S!<9f  
第2步 c,6<7  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 OvyB<r  
c7FfI"7HR  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 *Gk<"pEeS  
9s;!iDFn  
应用示例详细内容 H]%mP|  
q#mFN/.(+  
系统参数 }vXA`)Ns  
"'Q"(S  
1. 该应用实例的内容 H$k![K6Uj  
C$N4  
(&9DB  
2. 设计&仿真任务 k#8S`W8^  
oiTMP`Y  
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。 ?`vM#)  
Q9Y9{T  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 >)AE|j`  
9 NGeh*`  
FT|/WZR  
4. 参数：SLM像素阵列 |1_
$! p  
tF#b&za  
6nY )D6$JG  
5. 参数：SLM像素阵列 P+*rWJ8gQ  
]X>QLD0W  
!#@4xeBPo  
应用示例详细内容 [#STR=_f  
H 'WFORso[  
仿真&结果 W(u6J#2  
5CH-:|(;=  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM oP|pOs\$p  
 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)。 eB(S+p?  
 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。 JR? )SGB  
'?vgp  
2. VirtualLab的SLM模块 u>3&.t@hU1  

x8SM,2ud  
wB1|r{  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 }C`}wS3i  
 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。 v2Qc}o  
ReHd~G9  
3. SLM的光学功能 v)C:E9!|  
RF,=bOr19  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 "a0u-}/D  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 7{kpx$:_  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 bgzT3KZ  
w{:Oa7_A  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd FkJ>]k  
xu_XX#9?b  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 %/6e"o  
Gw\G+T?M-  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd SSL%$:l@  
HYI1 o/}  
4. 对比：光栅的光学功能 g'}`FvADi  
 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。 %_j?<h&  
 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。 5uD#=/oV  
 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)。 L?D~~Jb  
 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。 |`94Wj<  
 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。 .J1Hg  
X#Dhk6  
sjkKaid  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd a'>$88tl  
9 .&Or4>  
5. 有间隔SLM的光学功能 `!Ge"JB6   
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 [!dnm1  
 'QekQ];  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd u\1Wkxj  
iu6WGmR  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ^7s6J{<  
Z#TgFQ3u  
,# jOf{L*  
6. 减少计算工作量 r"u(!
~R  
8@LykJbP  
采样要求： Og;$P'U  
 至少1个点的间隔(每边)。 [y=$2  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 53u.pc  
;@ll  
采样要求： u>Axq3F  
 同样，至少1个点的间隔。 )q]j?Z.  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 &J&w4"0N'  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ?/l}(t$H  
K3r>nGLBo  
 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。 wkZ2Y-#='  
 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。 3]kAb`9[K2  
 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)。 G$x["  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 `.sIZku  
TNyY60E  
Y^*$PED?  
ukDH@/  
4KSP81}/\  
7. 指定区域填充因子的仿真 >gi{x|/  
%yuIXOJ  
 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。 _KkVI7a  
 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。 h'YcNkM 2>  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 9 K /  
 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)。 IrwF B  
y1"^S  
>A'!T'"~  
8. 总结 *}iT6OJ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 D16;6K'{  
n%ArA])_&  
第1步 r+#V{oE_  
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。 qf&a<[p~  
X8l1xD  
第2步 5$"[gdt)T  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 eUw;!Du  
扩展阅读 CL}I:/zRB  
扩展阅读 qP^0($  
 开始视频 $ p1EqVu  
-    光路图介绍 R?9Plzt5  
 该应用示例相关文件： K?OX  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 1yRd10  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 U/&qV"Ih