[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) t><AaYij_  
Op^r}7
 
应用示例简述 ZW\}4q;[A  
0U'g2F>{  
1. 系统细节 /*DC`,q  
 光源 Tl9KL%9  
— 高斯光束 q1QrtJFPG  
 组件 <i
gsO  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 *I7$\0Q  
 探测器 A7!!kR":  
— 视觉感知的仿真 4%do.D*  
— 电磁场分布 NMYkEz(&R  
 建模/设计 6j9P`#Lt  
— 场追迹： 8Qtd,  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 t>[K:[0U  
;2X/)sxWz  
2. 系统说明 _:4n&1{.E  
D^1H(y2zp  
tkrRdCq  
3. 模拟 & 设计结果 w@U`@})r.  
XKqUbi  
4. 总结 z.itVQs$I  
YGb&mD  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 %,Fx qw  
_+z5~6>  
第1步 /L,VZ?CmtK  
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。 }lzUl mRTe  
S7SD$+fX  
第2步 |`d5Y#26  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 0mj^Tms  
Se
nDJv00  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ^3*k6h[(  
1RC(T{\x  
应用示例详细内容 ,#Y>nP0  
Z3Le?cMt^  
系统参数 gKK*` L~  
NIn#  
1. 该应用实例的内容 gGl}~  
F.:B_t  
; ntq%  
2. 设计&仿真任务 X.V6v4  
Aa^%_5  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 @ %LrpD  
u Ey>7I  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 &sJZSrk|  
!9+xKr99  
J)R;NYl  
4. 参数：SLM像素阵列 >gNVL (  
0. _)X  
sYlA{Z"  
5. 参数：SLM像素阵列 k`H#u,&  
Zi$v-b*<  
U2 0@B`<  
应用示例详细内容 +c@s  
uH'n.d"WG  
仿真&结果 f>d aK9$(  
1^<R2x  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ~3YN;St-  
 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)。 Y0`=h"g  
 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。 R{zAs?j  

RtZK2  
2. VirtualLab的SLM模块 ~4HS 2\  

u;$g13  
|7G+O+j  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Kfho:e,  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 E3X6-J|  
^,`;x  
3. SLM的光学功能 x| jBn}  
pJ*x[y  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 0"q^`@sZ  
 为此，将区域填充因子设置为60%。
JVO,@~~  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 L~nVoKY*V  
L8"0o 0-  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd HFV4S]U=  
V[&4Km9C  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 (7 i@@  
D@:w/W  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd NE Br)~  
9|19ia@[\  
4. 对比：光栅的光学功能 )%e`SGmp  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 l#!p?l  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 YcJZG|[  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 7v9l+OX,6  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 [d+f#\ut  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 N5$
IVz}  
{Vy2uow0  
Gt9(@USK  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ~y@,d  
 WW5AD$P*  
5. 有间隔SLM的光学功能 SyHS9>  
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。 kjWY{7b!  
j. 1@{H  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd }Yd7<"kp  
<=fYz^|XT  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 m0XdIC]s  
TiiMX  
<pAN{:  
6. 减少计算工作量 xO2e>[W  
F'eV%g  
采样要求： !`j}%!K!  
 至少1个点的间隔(每边)。 ;|(_;d  
 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。 |etA
2"r&  
ZH]n&%@j  
采样要求： ]xhZJ~"@u  
 同样，至少1个点的间隔。 EJF*_<f9O  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 v(uYso_  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 v[S>   
l/|bU9o /u  
 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。 "P4#Q_  
 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。 |3tq
.JU
  
 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)。 {(o$? =  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 |8xu*dVAp4  
NkWU5E!  
J!l/!Z>!cF  
h_O6Z2J1  
+k@$C,A  
7. 指定区域填充因子的仿真 nP9zTa  
8t{-  
 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。 E038p]M!  
 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。 ``l7|b jJ  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 P2lDi!q|  
 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)。 IhIPy~Hgt  
u 3&9R)J1  
_0Mt*]L }  
8. 总结 Mp8BilH-T  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 9NX/OctFa'  
HvhP9_MB  
第1步 ~_XJ v  
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。 Knd2s~S  
sA( e  
第2步 T
yc`U&  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 &<Gs@UX~w  
扩展阅读 8Ja't8  
扩展阅读 6rBXC <Z  
 开始视频 (]*otVJ  
-    光路图介绍 u ##.t  
 该应用示例相关文件： N~<H`  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 _FG?zE  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 i,77F!