[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) .F
=15A  
x 
Hw$
 
应用示例简述 VK9I#   
w+vYD2a  
1. 系统细节 G $u:1&  
 光源 -B\`O*Q  
— 高斯光束 h%kB>E~  
 组件 l\8l.xP  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 h#bpog  
 探测器 IQK
__)  
— 视觉感知的仿真 -CW$p=y}  
— 电磁场分布 64s9Dy@%F  
 建模/设计 lyzMKla"  
— 场追迹： ku,Y-  
 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。 GXaCH))TO  
9\W~5J<7  
2. 系统说明 i>bFQ1Rdx  
;D_6u(IC4:  
~Ra1Zc$o:  
3. 模拟 & 设计结果 'Mjbvh4  
x9PEYhL?  
4. 总结 g<~[k?~J  
$UlA_l29  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 S<+_yB?  
BY: cSqAW  
第1步 fU~>A-P  
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。 vO" $Xw  
cXcn}gKV  
第2步 ~AuvB4xe~  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 FE1dr_i  
N i^pP@('  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 gDnG!i+  
6<A\U/  
应用示例详细内容 aisX56Lc  
}vO^%Gd  
系统参数 ,<zZKR_  
De|@}@  
1. 该应用实例的内容 "z^Ysvw&~  
VIbm%b$~  
O*oL(dk*8L  
2. 设计&仿真任务 eU7RO  
u7`<m.\  
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。 iZ[o2Tre  
D8W:mAGEu  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 yB}y'5  
M:?eK [h  
451
C2 %y  
4. 参数：SLM像素阵列 fE)+9!  
Yl1@gw7  
{NE;z<,*:  
5. 参数：SLM像素阵列 l)VMF44  
C
T4R/wzY7  
W5:S+  
应用示例详细内容 A'|W0|R9  
F5L/7j<}  
仿真&结果 D'O[0?N"g  
C bG"8F|4  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Iu0K#.s_  
 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)。 0e8)*2S  
 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。 x#dJH9NR[  
21cB_"  
2. VirtualLab的SLM模块 KUH&_yCRB  

Q*$x!q  
!l6B_[!
@  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 X?rJO~5  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 C&Nd|c  
v}[KVwse  
3. SLM的光学功能 8qBRO[  
#_7}O0?c3  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ; @Gm@d  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 {LJCY<IGq  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 pSq\3Hp]Q  
@zfeCxVOA  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd Q'~;RE%T  
)IZ$R*Y{  
 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。 O";r\Z  
=NJb9
S&8A  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd shn`>=0.&  
.M:,pw"S]  
4. 对比：光栅的光学功能 lt0(Kf g  
 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。 :Fj4YP"  
 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。 D>*%zz|
 
 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)。 8Qu].nKe  
 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。 vn}Vb+@R  
 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。 HEe0dqG  
{!oO>t  
d:sUh  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Vg[U4,  
{AIZ,  
5. 有间隔SLM的光学功能 <\zb*e&vr  
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。 D"1ciO8^I]  
%_tL}m{?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd
!JYDg  
Vp5qul%  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 B u4N~0
 
2 H^9Qd  
#On1Q:d  
6. 减少计算工作量 >b*P
d *f  
yMz@-B  
采样要求： 8CEy#%7]}  
 至少1个点的间隔(每边)。 +oQ@E<)H  
 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。 3v0
)oK  
uF(-h~  
采样要求： uvA}7L{UO  
 同样，至少1个点的间隔。 O~aS&g/sf  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 QG9 2^  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 $/wr?  
wRie{Vk  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 tO~H/0  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 7%w4?Nv3I  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 Hh!x&;x}  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 GB[W'QGiq  
Mu:*(P/  
PS=crU@"H  
4a)qn?<z  
qVM]$V#e  
7. 指定区域填充因子的仿真 &aHj;Z(  
hZzsZQ`  
 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。 j@9nX4Z  
 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。 OB$A"XGAEV  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 UJ6WrO5#kB  
 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)。 ~kN6Hr*X  
o-)E_X  
*2@q=R-1  
8. 总结 BwBv'p+n  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 `pcjOM8u  
@[JQCQ#r  
第1步 DDkOg]  
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[t0C t  
g" M1HxlV  
第2步 vk#xCggK  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 +p43d:[  
扩展阅读 ,g\.C+.S  
扩展阅读 Tp0Tce/  
 开始视频 z-,U(0 .  
-    光路图介绍 aX  ?ON
 
 该应用示例相关文件： ul% q6=f)  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 }Rt<^oya*  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 \{~x<<qFd