[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) !v/j*'L<M}  
)gX7qQ  
应用示例简述 cZ8lRVaWW  
8PN/*Sa  
1. 系统细节 ]lBe   
 光源 'eM90I%(  
— 高斯光束 Z)V m,n
g  
 组件 FI.Ae/(U  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 0<g;g%   
 探测器 $x5,Oen  
— 视觉感知的仿真 4Sj;38F .1  
— 电磁场分布 O"'.n5>:`  
 建模/设计 ;N+ v x  
— 场追迹： |6qxRWT"  
 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。 R,3E_me"}  
@ve4rc/LI  
2. 系统说明 7z.(pg=  
/mdPYV  

YwbRzY-#F  
3. 模拟 & 设计结果 ,]:vk|a#;  
]^f7s36  
4. 总结 ">{Ruv}$  
a'NxsByG]s  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 jruXl>T!U  
\>B$x@-wg  
第1步 |3Fo4K%+  
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。 $A4rdhvd  
=)h<" 2  
第2步 G<F+/Oi&DX  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 `&3hfiI}  
/]xu=q2  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。  9S<87sO  
I "8:IF  
应用示例详细内容 fX:)mLnO/  
RFsd/K;Zp  
系统参数 5hhiP2q  
4t C-msTf  
1. 该应用实例的内容 $ 8"we  
t)#dR._q  
i8h(b2odQ  
2. 设计&仿真任务 a&sVcsX  
#!A'6SgbkM  
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。 f*Xum[  
^#6"d+lp  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 qI]PM9  
#  
bqo+b{i\  
4. 参数：SLM像素阵列 U-U^N7  
T[~8u9/  
gI~4A,  
5. 参数：SLM像素阵列 )2nx5"  
$uPM.mPFE  
P#8+GN+bF  
应用示例详细内容 G{ |0
}  
CMcS4X9/}  
仿真&结果 ?g~w6|U(r  
?Aq \Gr  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM P"Scs$NOU?  
 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)。 tom1u>1n  
 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。 +#B4Z'nT  
)s#NQ.T[  
2. VirtualLab的SLM模块 T>~D(4r|pS  

;0Vyim)S]  
x|7
vN E=Q  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 he vM'"|4  
 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。 Gp l  
=\QKzQ'BC  
3. SLM的光学功能 +i\ +bR  
lc:dKGF6  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 3 L:s5  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 wt@Qjbqd8  
 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< &vQ=  
*X_-8 ^~  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 71RG1,  
M0B6v}^H  
 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。 ?k 4|;DD  
,k9@%{4 l  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 2cB){.E  
A89n^@  
4. 对比：光栅的光学功能 6Mh;ld@  
 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。 Juhi#&`T  
 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。 v^;p]_c~2  
 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)。 96VJE,^h  
 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。 D*nNu]|j  
 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。 Au=9<WB%H  
,G
U|3  
odPdWV,&*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd y8HwyU>  
E7CeE6U  
5. 有间隔SLM的光学功能 u@@0YUa  
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。 G $F3dx.I  
.5tE, (<?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd YKWiZ  
#GlQwk3  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 aFbIJm=!  
Li?_P5+a  
1DTA Dh0  
6. 减少计算工作量 pBbfU2p  
TwaK>t96[  
采样要求： hoDE*
>i  
 至少1个点的间隔(每边)。 4Y>J,c  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 )-u0n],  
yu~o9  
采样要求： 2~wIHtd  
 同样，至少1个点的间隔。 'g@Yra&09  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 lQq&tz,  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 
nZtP!^#  
fqY;>Z  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 a*D])Lu[  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 drM@6$k  
 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)。 JO&~mio  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 -".q=$f  
MT3TWWtZ:  
&yabxl_  
Ld9YbL:  
A><q-`bw  
7. 指定区域填充因子的仿真 '=V!Y$tn  
4H]~]?F&  
 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。 GdlzpBl  
 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。 Rn4Bl8z'>  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 tx9;8K3  
 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)。 ?6#F9\  
5.TeH@(  
BPwn!ii|  
8. 总结 }}Kjb  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *^@{LwY\M  
d$?sS9"8(  
第1步 &| guPZ  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 nl\l7/}6  
[e6zCN^t  
第2步
)<+t#5"  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 xis],.N  
扩展阅读 ib,BYFKEW  
扩展阅读 ..=WG@>$+  
 开始视频 $-Yq?
:  
-    光路图介绍 [J-uvxD  
 该应用示例相关文件： #86=[*Dr  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 V:Lq>rs#  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ~rl,Hr3Zo