[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) BTzBT%mP  
\.aKxj5
  
应用示例简述 y6dQ4Whv&  
f\rE{%  
1. 系统细节 i z
YC0T9  
 光源 R XCjYzt  
— 高斯光束
=H`yz

Gt  
 组件 !}5f{,.RO  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统  _!_^B  
 探测器 qSDn0^y  
— 视觉感知的仿真 =r)LG,w212  
— 电磁场分布 Q#X'.](1  
 建模/设计 W}y)vrL  
— 场追迹： :?}mu1  
 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。 TCFr-*x  
'6kD6o_p1  
2. 系统说明 ZC%;5O`  
QE8`nMf  
[dR#!"6t  
3. 模拟 & 设计结果 NBXhcfF  
aX~Jk >a0  
4. 总结 '`YZJ  
C;5`G *e  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ~F53{qxV  
+!GJ  
第1步 `T+w5ONn  
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。 (&1.!R[X  
@tJ4^<`P{  
第2步 .R@s6}C`}=  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 kS35X)-  
s3T7M:DM4  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ubZJUm  
/k[8xb  
应用示例详细内容 RH:vd|q+  
|g>
Q3E  
系统参数 eh%{BXW[p  
cRMyYdJ o  
1. 该应用实例的内容 jU kxA7 }}  
5*f54g"'  
{n&n^`Em  
2. 设计&仿真任务 8{]nS8i  
o<J6KTLv  
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。 (c&%1bJ  
J>k 6`gw  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Q)y5'u qZ  
#?k</~s6M`  
m[(_
fOd  
4. 参数：SLM像素阵列 Ozhn`9L+1!  
z@J>A![m  
yf;TIh%)=  
5. 参数：SLM像素阵列 2y \ogF  
,NvXpN  
p!~1~q
6  
应用示例详细内容 ' tHa5`  
j>e RV ol  
仿真&结果 TpwN2 =  
!Vg=l[  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM gwsIzYV  
 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)。 N6of$p'N  
 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。 ze
uj  
.4U*.Rf  
2. VirtualLab的SLM模块 ;Vc|3  

0^dYu/i5  
\>pm (gF  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 $H[q5(_~  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 cV0CI&  
)qw;KG0F  
3. SLM的光学功能 ,OubK
cNg  
1AN$s  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 V" 8 G-dK  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 3(\D.Z  
 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。 rD4umWi  
f+hHc8g  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd Hnk&2bY  
hmd3W`8D  
 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。 &mmaoWR  
OqDP{X:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd M2|h.+[Q  
LtX53c  
4. 对比：光栅的光学功能 H\a"=&M  
 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。 A]'jsv!+  
 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。 Q8AAu&te7  
 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)。 !rr,(!Ip?O  
 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。 0"%dPKi  
 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。 q)Nw$dW<  
qD?`Yd  
DE/SIy?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd &e:+;7  
[%^sl>,7  
5. 有间隔SLM的光学功能 85H\v_[  
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。 >@Ht*h{~  
-qDqJ62mC  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 1u7D:h>
#  
V0_
tk"  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 @WS77d~S  
<A8>To<  

[. 9[?8  
6. 减少计算工作量 mc8Q2eQat}  
h2f8-}fsq  
采样要求： {~&Q"8 }G  
 至少1个点的间隔(每边)。 8\{z>y  
 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。 ;J,(YNI 1  
[UI>SN  
采样要求： f%@~|:G:  
 同样，至少1个点的间隔。 "%Y=+  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 X:g5;NT  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。
/
CNsGx%%  
s. A}ydtt  
 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。 I ]ZZN6"  
 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。 <n]PD;.4  
 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)。 ga%\n!S  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 }#H,oy;Dz  
^wd@mWxx  
sb{K%xi%  
z80P5^9  
d7vPZ_j^z  
7. 指定区域填充因子的仿真 4-x<^ ev=  
8.B'O>\T  
 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。 cZ:jht  
 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。 j@z IJ  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 FefroaJ:u  
 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)。 w/m@(EBK  
jjj<B
'zt  
Q*>)W{H&)  
8. 总结 ?<!qF:r:  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 -t|/g5.w_  
@}d;-m~  
第1步 Ia#!T"]@W6  
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。 'l.tV7  
W34xrm  
第2步 tjx8UgSi  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 F*PhV|XU  
扩展阅读 2 3PRb<q  
扩展阅读 <C'_:&M  
 开始视频 .u7}p#  
-    光路图介绍 JFm@j
c  
 该应用示例相关文件： ~TRC-H  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 !t2
3 _b0  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 B&a{,.m&q6