[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) mHMej@  
r/T DU[`&  
应用示例简述 gPi_+-@  
IyuT=A~Ki  
1. 系统细节 m#eD v*  
 光源 *j* WE\  
— 高斯光束 #?=cg]v_  
 组件 D{l((t3=T  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 z,7^dlT  
 探测器 MnI $%  
— 视觉感知的仿真 .2P?1H
pK  
— 电磁场分布 Vwqfn4sx?i  
 建模/设计 ^Bb_NcU  
— 场追迹： !!86Sv  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 >g2B5K
Y  
FTfA\/tl(;  
2. 系统说明 @ih}x  
\}=b/FL=U  
%E\%nTV  
3. 模拟 & 设计结果 &B4U
)  
aVYUk7_<  
4. 总结 \d+HYLAJn  
F%d"gF
0qu  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 f)x}_dw%  
9-^p23.@[j  
第1步 @7=D]yu  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 S8RB0^Q7  
1#<E]<='t  
第2步 h;KK6*Z*$E  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 \G@6jn1G(  
#U}U>4'  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 iL, XBoE  
RX1{?*r]Z  
应用示例详细内容 Snu;5:R  
}A7qIys$4  
系统参数 (O2HB-<rY  
0?xiGSZV  
1. 该应用实例的内容 @RIEO%S  
36a~!  
YoJ'=z,e  
2. 设计&仿真任务 J#DcT@  
q4iD59yd)S  
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。 QP%Fz#u`  
e}[we:  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 K, 5ax@  
N08n/u&cr,  
~bTae =FP  
4. 参数：SLM像素阵列 1qe^rz|  
mN 6`8 [  
X);Zm7  
5. 参数：SLM像素阵列 nln6:^w  
';,Bn9rv  
Te}yQ=+  
应用示例详细内容 ~+egu89'TU  
QCf
pDE}  
仿真&结果 bTGK@~  
je4&'vyU  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM f<:U"E.  
 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)。 78CJ  
 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。 Gc!8v}[7J  
BQ&q<6Tk  
2. VirtualLab的SLM模块 KR(} A"  

/^3oq]  
9[{>JRm.  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 B"9hQb  
 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。 ;nKHm  
Jx$#GUl#j  
3. SLM的光学功能 P`dHR;Y0  
Df~p'N-$  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ,Kf8T9z`  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 |cGeL[  
 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。 Vnj/>e3  
Gj19KQ1G  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd h+~df(S.  
:n9xH  
 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。 yCCw<?  
$7&l6~sMQ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd C%
_  
C<t'f(4s`u  
4. 对比：光栅的光学功能 (F[/~~  
 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。 V<2fPDZ  
 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。 VNrO(j DUv  
 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)。 04PoBv~g  
 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。 xGEmrE<;  
 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。 n_aNs]C9R  
~8xh0TSi  
#} ~p^ 0  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd (vAv^A*i}  
 L;M^>{>  
5. 有间隔SLM的光学功能 [TK? P0  
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。 bV$8 >[`  
{jM<t  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd *V6QBe  
,3]?%t0xe  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 C8qTz".5$  
mKq<'t]^k  
xw+<p  
6. 减少计算工作量 )'!ml  
:-u-hO5*8  
采样要求： }-{b$6]  
 至少1个点的间隔(每边)。 e-iYJ?  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 K)Zkj"y  
IQw %|
^  
采样要求： L)/6kt=  
 同样，至少1个点的间隔。 S@
c\|  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 i9;27tT~<  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 w.
D4dv_H  
VPM|Rj:d  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 X"k^89y$  
 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。 Bzu(XQ
 
 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)。 y)p$_.YFF  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ]^; b  
]PlY}VOY  
&$m=^  
i0'Xy>l  
f^!11/Wv  
7. 指定区域填充因子的仿真 L{2
b0Zh'  
c>S"`r  
 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。 @1<omsl  
 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。 dv^e9b|  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 t&R!5^R  
 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)。 +MNSZLP]  

56Sh  
Z[#I"-Q~:  
8. 总结 J[}gku?C;  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 l5=u3r9WYC  
O1?B{F/ e  
第1步 
n5bXQ  
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。 e(}oq"'z  
(|g").L  
第2步 C~ZE95g  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 +R "AA_A?  
扩展阅读 r7Nu>[r5  
扩展阅读 J16=!q()  
 开始视频 ?CH?kP  
-    光路图介绍 09  
 该应用示例相关文件： Z!wD~C"D73  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 u}Ei_ O<z  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 g|ql 5jW