[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) kxR!hA8wv4  
*&tTiv{^  
应用示例简述 +s6v!({Z  
uzI-1@`  
1. 系统细节 AV4fN@BX  
 光源 #Cx#U"~G`  
— 高斯光束 jZQ{XMF  
 组件 A)gSOC{3F)  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 e _(';Lk  
 探测器 Qp7F3,/#  
— 视觉感知的仿真 gi>W&6  
— 电磁场分布 0Y'ow=8M  
 建模/设计 l$kO%E'  
— 场追迹： Fn0|v66  
 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。 >
oN Wf  
|&@`~OBa  
2. 系统说明 4 aE{}jp1  
W56VA>ia  
i&p6UU
 
3. 模拟 & 设计结果 .<E7Ey#  
H )>3c1  
4. 总结
7PuYrJ  
0176  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Mnk-"d  
b@Dt]6_UL  
第1步 XwfR/4  
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。 S_nAO\h  
NcHU)  
第2步 A^$xE6t  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 (sI`FW_  
=.OzpV)=V  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ~W={"n?=  
`A
5n6*A7  
应用示例详细内容 )#GF:.B  
:P ]D`b6p  
系统参数 <CJy3<$u  
ji\&?%(B  
1. 该应用实例的内容 =HB(N|9_d  
Q/]o'_[vW  
LitdO>%#2  
2. 设计&仿真任务 W'=}2Y$]u  
jse!EtB:  
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。 a\~118 !  
l^KCsea#  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 BJ\81 R  
`>b,'u6F  
SSbx[<E3  
4. 参数：SLM像素阵列 "'GhE+>Z  
@y'ZM  
I}f7|hYX  
5. 参数：SLM像素阵列 ,t;US.s([.  
*0?@/2&  
r&Qa;-4Pl  
应用示例详细内容 j:>0XP  
QoZZXCU  
仿真&结果 :>o0zG[;f  
p@Cas  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM !! )W`  
 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)。 @H3x51PT(m  
 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。 2`%a[t@M.  
Ml;` *;  
2. VirtualLab的SLM模块 sekei6#fi  

%rgW}Z5  
nz'6^D7`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。 x]`@%8Sm  
 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。 tl*h"du^  
Mu-kvgO`L  
3. SLM的光学功能 Wv9L}@J  
&cJ?mSI  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ~'0ZW<X.  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 61_-G#W  
 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。 )''V}Zn.X  
q_ryW$/_  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd _%Ua8bR$  
=kzp$ i  
 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。 80T2EN:$  
kM1N4N7  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd (fr=N5   
_h1eW9q  
4. 对比：光栅的光学功能 CWRB/WH:  
 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。 !4FOX>|L@  
 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。 L|:C
Q  
 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)。 RLL%l  
 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。 /3tErc'  
 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。 _Gaem"k|  
?Yf v^DQ5  
= &?&}pVF  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd #qR6TM&;  
r>i95u82'  
5. 有间隔SLM的光学功能 o)n)Z~  
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:Y%#%  
EY3F9h3xM|  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd _dz ZS(7M6  
2eeFaFif  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 tLN^k;w  
<1Sj_HCT  
0!KYi_3  
6. 减少计算工作量 ~e]B[>PT  
pwS"BTZ  
采样要求： ^k$Bx_{  
 至少1个点的间隔(每边)。 ,EVPnH[F~  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 ' Q(kx*;  
SdYbT)y  
采样要求： WiB~sIp  
 同样，至少1个点的间隔。 /DyeMCY-  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 QxxPImubB  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 yzT1Zg_ER  
{:VK}w  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 <?}pCX/O  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 vr{|ubG]d  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。  qsXkm4  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 2 'D,1F  
s^IC]sW\%  
Fw{#4  
vM!2?8bEFd  
.-mIU.Nwi  
7. 指定区域填充因子的仿真
.boBb<  
:4Nv6X61  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 2#3`[+g<n  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 V_D wHq2  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。
=EM<LjO  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 G3+e5/0  
ts@Z5Yw*!  
^ <`SUBI  
8. 总结 DR3om;Uk  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 y6-P6T  
*{j;LA.BR#  
第1步 zTfjuI|R  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 8-7Ml3G*  
DEhR\
Z!  
第2步 %e0X-tXcmX  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ]v),[]Xs  
扩展阅读 ?
V+\E2  
扩展阅读 D|m0Vj b  
 开始视频 \v\ONp"  
-    光路图介绍 T,uF^%$@AQ  
 该应用示例相关文件： $joGda  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 2-N7%
]h  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 skan1wQ