[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) 0*M}QXt  
&-)Y[#\J  
应用示例简述 4 AmF^H  
D\&y(=fzf  
1. 系统细节 s=@CeV@4W  
 光源 r%mTOLef  
— 高斯光束 h}<
ZZ   
 组件 \osQwGPV  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ?{P6AF-xcf  
 探测器 =]mx"0i[  
— 视觉感知的仿真 Y_YIJ@  
— 电磁场分布 /{)cI^9  
 建模/设计 *xVAm7_v  
— 场追迹： x{o5Ha{  
 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。 SpiC0  
/<pQ!'/G  
2. 系统说明 zi[M{bm  
S&) >w5*]U  
]<z(Rmn`Q  
3. 模拟 & 设计结果 +((31l  
=9@yJ9c-  
4. 总结 (SVr>|Db  
~"0
X,APR5  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 =0yJ2[R7Do  
yC*BOJS  
第1步 {YTF]J$  
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。 nv Gd:]Z  
O +}EE^*a  
第2步 Y rnqi-P  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 fR;_6?p*B  
r@UY$z  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 C2i..iD  
?O Nw*"9  
应用示例详细内容 DA@hf  
,]qX_`qF  
系统参数 {# _C  
*uM*)6O 3  
1. 该应用实例的内容 C P v}A  
bj{f[nZ d  
;CBdp-BUj  
2. 设计&仿真任务 WfO$q^'?DP  
=)5a=^ 6  
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。 6u;(R0n  
s\R?@  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 }"
k(kH  
uNBhVsM6<  
X0TGJ,yW(  
4. 参数：SLM像素阵列 T bWZw  
4 Z)]Cq*3  
b<7qmg3  
5. 参数：SLM像素阵列 e1Hx"7ew_  
U8z"{  
E=trJge  
应用示例详细内容 !2Iwuru  
K 5[ 3WHQ  
仿真&结果 RtL'fd  
*4y r7~S5  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Tyl"N{ _  
 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)。 pjM|}i<'Q  
 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。 [.,6~=}vP  
!YHu  
2. VirtualLab的SLM模块 Ij_`=w<  

DL_\lu
h  
o-=lHtR  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Hm*#HT%#  
 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。 RfRaWbn  
{NDP}UATw  
3. SLM的光学功能
"Fiv ]^  
rd{(
E  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 `I$A;OPK7  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 UC@"<$'C  
 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。 (5_(s`q.  
~!kbB4`WK  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 9Z 4R!Q  
k>`X! "  
 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。  ]plC  
-2_$zk*n  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd p6)UR~9Rs  
k#n=mm'N9  
4. 对比：光栅的光学功能 X9HI@M]h  
 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。 dz 2d`=`3  
 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。 R&0l4g-4>  
 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)。 9n7d "XD2  
 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。 ,L G&sa"  
 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。 |?kH]Trr  
uX[

"w|  
Ui&$/%Z|  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd "Wp<^ssMo  
HV(Kz  
5. 有间隔SLM的光学功能 T\>=o]  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 }o4Cd$,8  
gP@n
i$n  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd <9~qAq7^  
]'q<wPi  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 rpmDr7G  
P'8E8_M}  
_?ZT[t<  
6. 减少计算工作量 4Q5v8k=  
-,&Xp>u\  
采样要求： 3[rB:cE/  
 至少1个点的间隔(每边)。 f7'%AuSQ(  
 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。 Up&q#vqIj  
vkK+ C~"  
采样要求： FcA0 \`0M  
 同样，至少1个点的间隔。 H=jnCGk  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 G.}yNjL8  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 $((<le5-)  
jYkx]J%S  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 x-<dJ}`  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 UL/>t}AG  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 k$UBZ,=iC  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 J*k4&l  
>@"j9  
ect?9S[!y  
N5\<w>  
&BgaFx**  
7. 指定区域填充因子的仿真 PewLg<?,G4  
P*SXfb"HC  
 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{y@ O  
 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。 /2:r
}O  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 o;.-I[9h]  
 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)。 IQDWH/c  
e([&Nr8h  
ZLkJYZk  
8. 总结 D1f=f88/}  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0`W~
2ai  
B:4u2/!5  
第1步 }=U\v'%m  
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。 ZZTV >:  
bbJa,}R  
第2步 &eg,*K}'  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ld $`5!Z  
扩展阅读 0e7!_/9  
扩展阅读 3{ci]h`:y8  
 开始视频 ciTQH
(G  
-    光路图介绍 GYYro&aq{  
 该应用示例相关文件： MWl@smRh  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 JI^w1I, T  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 P}5aN_v\