[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) W@(EEMhw  
V7\@g  
应用示例简述 Hi{1C"%  
cJ> #jl&  
1. 系统细节 cGVIO"(VP  
 光源 wx,yx3c (  
— 高斯光束 ckWK+  
 组件 D0f.XWd  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ,%zU5hh  
 探测器 >%o\Ue  
— 视觉感知的仿真 r- :u*  
— 电磁场分布 uN)o|7  
 建模/设计 {+&qC\YF  
— 场追迹： !&k}YF  
 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。 86BY032H  
?^< E#2a  
2. 系统说明 w>]?gN?8Fe  
0L5n<<7  
l; ._ ?H  
3. 模拟 & 设计结果 yX'f"
*  
DV  
4. 总结 "Y> #=>8  
1JFCYJy  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 tlnU2TT_f  
:'pLuN  
第1步 )Uk!;b  
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。 ~rN:4Q]/  
a->
;K+  
第2步 z~S(OM@olJ  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 K9*vWoP'  
B`)gXqBt  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 C`Oc%~UkC  
BXCB/:0  
应用示例详细内容 1j9R^  
>+P5Zm(_  
系统参数 fnwhkL#8  
m!qbQMXn  
1. 该应用实例的内容 ;9+[t8Y)D  
Qrnc;H9)  
ZJ$nHS?ra  
2. 设计&仿真任务 $hn=MOMc  
7H+IW4M
a  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 ^{IF2_h"  
'K L"i  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 gB;5&;T:  
907N;r  
&7i o/d\/  
4. 参数：SLM像素阵列
/*zngp@  
:oYz=c  
PLkwtDi+&  
5. 参数：SLM像素阵列 Q||vU  
j>{Dbl:#2  
Hz*5ZIw  
应用示例详细内容 Em%0C@C  
e6 R<V]g  
仿真&结果 Mx3MNX/  
kXfTNM
b  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM X{ZcJ8K  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 fbG+
.'  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 {Tps3{|wt  
klwC.=?(j"  
2. VirtualLab的SLM模块 |2$wJ$I  

/e2CB"c  
n0ZrgTVJ
 
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 @d+NeS  
 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。 R">-h;#  
_uYidtxo=  
3. SLM的光学功能 6D=9J
%;  
uuD|%-Ng  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 hLv~N}  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 am'11a@*  
 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。 z154lY}K  
Z}8khNCYr  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd XTibx;yd<  
F
yF./  
 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。 !R 2;]d*  
pM|m*k  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd TZl^M h[a  
oc^j<!Rh  
4. 对比：光栅的光学功能 K+s@.D9J  
 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。 R2e":`0I  
 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。 yDE0qUO  
 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)。 Z8Jrt3l{2  
 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。 U '$W$()p  
 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。 @(m+B\  
`X:o]t@  
;v*J:Mn/=  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd )F$<-0pT  
ma gZmY~  
5. 有间隔SLM的光学功能 7K5D,"D;1  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 y^*o%2/  
P<tHqN!q  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd _x2i=SFo*$  
5Al1u|;HB  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 d :
a*;F  
^%qe&Pe2  
YUGEGXw  
6. 减少计算工作量 Sb/`a~q^  
@{X<|,W9w  
采样要求： Z]QpH<Z  
 至少1个点的间隔(每边)。 FJ/c(K  
 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。 a(eKb2CX  
.:b&$~<  
采样要求： ;!C~_{/t  
 同样，至少1个点的间隔。 O-=~Bn _  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 OxC8xB;`  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 )Z=S'm k4_  
;h-W&i7  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。  EL$"/ptE  
 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。 }Z,xF`  
 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)。 J-k/#A4o  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 $!ATj`}kb  
.XVW2ISv  
+NT8dd  
[wO|P{8\"  
QyEGK  
7. 指定区域填充因子的仿真 QF74'  
7:S4 Ur  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 #3_t}<fX  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 XzD+#+By  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ]Uu:t  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 v\3 \n3[u  
*
q$O6B-  
!!\x]
$v  
8. 总结 SqosJ}K  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ZYexW=@  
b;5&V_  
第1步 0zHMtC1,  
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。 yW)&jZb"(  
xe&w.aBI>  
第2步 EW~M
,+?  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 +I>V9%%vW_  
扩展阅读 !j8 DCVb  
扩展阅读 A0l-H/
l7  
 开始视频 QUO'{;,  
-    光路图介绍 Q&@e,7]V+  
 该应用示例相关文件： !XqU'xxC  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ?lPyapA]  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 =A]*r9