[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) Xp"ZK=r  
GD<xmuo  
应用示例简述 PJA%aRP,:  
~mP#V  
1. 系统细节 S 'S|k7Lp  
 光源 Squ'd  
— 高斯光束 'te4mY}  
 组件 ~:~-AXaMT  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 AC;ja$A#  
 探测器 T$RVz   
— 视觉感知的仿真 M >#kfSF+  
— 电磁场分布 *Hx{eqC  
 建模/设计 )F Q '^  
— 场追迹： NI_.wB{  
 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。 o{5es  
xs y5"  
2. 系统说明 o,dO.isgh>  
0\*[7!`s  
,)^4H>~V  
3. 模拟 & 设计结果 gM~
dPM|  
^}vLZA  
4. 总结 W9nmTz\8  
H/n3il_-I  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 f mu `o-  
T|RW-i3  
第1步 p2s*'dab7  
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。 {,61V;Bpm  
'au7rX(  
第2步 rvrv[^a(  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 1;Bgtv$  
</~!5x62Oy  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 &o@IMbJ8  
_P9Th#UAg  
应用示例详细内容 C{AVV<
  
3.,O7 k7y  
系统参数 oRmz'F  
l>p S23  
1. 该应用实例的内容 O]&DDzo  
Plpt7Pa_  
B=?4; l7  
2. 设计&仿真任务 >(nb8T|  
w$%d"Jm#X  
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。 do0;"O0 (  

}@JPvIE  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 P(B:tg  
uXD?s3Wv  
[AgS@^"sf5  
4. 参数：SLM像素阵列 /sHWJ?`&/,  
IjJO;  
kex4U6&OQB  
5. 参数：SLM像素阵列 x`:zC#  
#J&4
5  
Reci:T(_  
应用示例详细内容 mhTi{t_fHM  
ZmM/YPy  
仿真&结果 cF6eMml;  
rm}OVL  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 8JYF0r7  
 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)。 cbsU!8
 
 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。 ;#c=0*.  
DdO$&/`)YP  
2. VirtualLab的SLM模块 ?&v+-4%4PI  

v 809/c*  

p) #7K  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 zg)-RCG  
 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。 L{XNOf3  
aH@GhI
^@  
3. SLM的光学功能 Buazm3q8H  
FwD"Pc2  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 'L$%)`;e  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ks{y=@<,  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 dS9L(&  
ey4RKk,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ^eu={0k  
]r6S|;:  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 Q#+y}pOLP  
0|mF /  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd dw6U}  
lN@SfM4\  
4. 对比：光栅的光学功能 ZcT%H*Ib]9  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 ?"23XKe  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 rK^Sn7U  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 (- ]A1WQ?  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 c& &^Do  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 4rpx  
Pr|:nJs  
){'Ef_/R  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ^P)W/2  
.&|Ivz6  
5. 有间隔SLM的光学功能 %5) 1^  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 }V@ * :3w8  
bU3e*Er  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 55aJ=T  
Atdr|2  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 0f"9wPC  
7bC1!x*qw  
R<"fcsU  
6. 减少计算工作量 "Q{)H8,E)x  
-)='htiU  
采样要求： EMe3Xb `  
 至少1个点的间隔(每边)。 =1/d>kke  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 ):LgZ4h  
\
U(;%V  
采样要求： OHEl.p]|  
 同样，至少1个点的间隔。 x:Mh&dq?  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 1=R6||8ws  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 rt5FecX
\  
^T^l3B[  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 +`y{r^xD  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 !|\$|m<n  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 dp&8:jy  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ao+lLCr  
701mf1a  
WAd5,RZ?  
i.O670D  
?vnO@Bb/a  
7. 指定区域填充因子的仿真 MM+x}g.?  
. 5cL+G1k#  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 p }p@])}8  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 [;/4'  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 !c 3c%=W  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 {Kbb4%P+h  
T/m4jf2  
*wvd[q h  
8. 总结 ]2Vu+AP  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 &oU) ,H  
RB,`I#z1f  
第1步 //x^[fkNq)  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 m'j]T/
WF  
{c(@u6l28  
第2步 8ztVv   
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 v--Qbu  
扩展阅读 ,sa%u Fm  
扩展阅读 w)nFH)f  
 开始视频 PG51+#  
-    光路图介绍 }fS`jq;  
 该应用示例相关文件： 4@q
HS0$  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 _S$SL%;\  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 LBcnBo</v