[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) - {QU>`2  
CJBf5I3  
应用示例简述 &12KpEyf  
PgWWa*Ew  
1. 系统细节 Q+^&  
 光源 ~#A}=,4>  
— 高斯光束 8Xotly  
 组件 G%<}TI1}  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Az`Aa0h]7  
 探测器 T{k P9 4  
— 视觉感知的仿真 s[yWBew  
— 电磁场分布 G*fo9eu5$  
 建模/设计 GM%+yS}(P  
— 场追迹： hmO2s/~  
 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。 / (&E  
r]DiB:.  
2. 系统说明 `@~e<s`j  
E.oJ[;  
py*22Ua^  
3. 模拟 & 设计结果 M&Ka^h;N  
a1U|eLmUb  
4. 总结 >cu%Cs=m  
#z*,CU#S9d  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 x sryXex;  
]pax,|+$C  
第1步 Zd*$^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。 zfIo]M`  
,N.8  
第2步 eUyF<j  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 U0~_'&Fe  
8\n3 i"  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 .DCHc,DxA  
lvs XL  
应用示例详细内容 XE}gl&\  
> H!sD\b  
系统参数 @I_cwUO  
9wgB JJl7  
1. 该应用实例的内容 bx0.(Nv/X  
y+k_&ss  
w?Te%/s.  
2. 设计&仿真任务 6j
<9Y  
QQ*
sjK.(  
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。 K:PH:e  
$ V^gFes  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 sVLvnX,  
@T'^V0!-q:  
'0<d9OlJ}  
4. 参数：SLM像素阵列 aAo|3KCs  
~wvt:E,fC  
+HK4sA2;  
5. 参数：SLM像素阵列 ;FPx
  
CWj_K2=d  
i]JTKL{\q  
应用示例详细内容 zTz}H*U  
ewZ?+G+m  
仿真&结果 o-,."|6  
vCzZjGBY  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM C"hN2Z!CD|  
 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)。 kB7vc>@1  
 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。 [GwAm>k  
uZqL'l+/y  
2. VirtualLab的SLM模块 7#V7D6j1  

Y
0LZbT3  
!FEc:qH  
 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]'w%  
 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。  q6 CrUn  
7- B.<$uC  
3. SLM的光学功能 '\:4Ijp<"  
iHa?b2=)  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 xQoZ[  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Ox3=1M0  
 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。 a)_3r]sv^  
q6zVu(  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd XJ18(Q|w'  
sS D8Sx/  
 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。 aukcO;oG<  
S|85g1}t  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd j-<]OOD  
y Zafq"o  
4. 对比：光栅的光学功能 @HT\Y%E  
 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。 ' \JE>#  
 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。 6g(;2gY  
 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)。 L9GLjRp-  
 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。 .<x6U*)\O  
 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。 wk(25(1q  
O<u=Vz3c~0  
'jev1u[  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd
7]=&Q4e4  
]\,?u /  
5. 有间隔SLM的光学功能 DfXkL
OGik  
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。 z@*E=B1L  
X! d-"[  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd N*Y[[N(  
TI>5g(:3\  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 $)lkiA&;  
+^.Yt0}  
VB |?S|<  
6. 减少计算工作量 RS5<] dy  
>m%_`68  
采样要求： u$ts>Q;5  
 至少1个点的间隔(每边)。 &<&tdShI  
 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。 g~lv/.CnA+  
MZgaQUg  
采样要求： }:m#}s  
 同样，至少1个点的间隔。 ~i,d%a  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 5100fX}  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Sd+5Uf`
 
@0+\:F  
 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。 .N(R~_  
 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。 L&\W+k  
 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)。 Yuv(4a<M%  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。
+a,SP   
pPReo)  
b 74!Zw  
Nr|Gw @+  
TTf j5  
7. 指定区域填充因子的仿真 D T5d]MU  
V@'Xj .ze  
 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。 ,NO[Piok  
 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。 c`E>7Hjr-  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ;,y_^-
h;  
 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)。 b
(Y   
fB2ILRc  
pa-*&p  
8. 总结 [P2>KQ\  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 }8'_M/u\  
gS(3m_  
第1步 SSe;&Jk2d  
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。 ^ AZ#tp%)  
6 AO(A *  
第2步 rwWOhD)RU  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 G|cjI*  
扩展阅读 {O+T`;=)L  
扩展阅读 g *5_m(H  
 开始视频 <IrhR,@M,L  
-    光路图介绍 z~{08M7  
 该应用示例相关文件： HT7,B(.}  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 kNuvJ/St  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 E:`_P+2p