[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) %v~j10e  
>o>'@)I?e6  
应用示例简述 on&N=TN  
a9jY^E'|n  
1. 系统细节 05pCgI}F>  
 光源 s9`T%pg  
— 高斯光束 zLXtj-  
 组件 1<59)RiO>  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 "v*RY "5#  
 探测器 <O\z`aA'q  
— 视觉感知的仿真 [V jd)%  
— 电磁场分布 ~Nc]`95  
 建模/设计 nVyb B~.=  
— 场追迹： J;T_9  
 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。 c@nl;u)n  
)If[pw@j  
2. 系统说明 =C3l:pGMB;  
At bqj?  
q}\\p  
3. 模拟 & 设计结果 DD3J2J  
{8B\-LUR  
4. 总结 >MP PYVn7  
qo. 6T  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ? ! 1uw  
3&?Tc|F+  
第1步 B-&J]H  
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。 q75F^AvH  
.PAkW2\#  
第2步 =v;-{oN!  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 \ I?;%  
WVNQ}KY  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 nev*TYY?A  
WX\%FJ  
应用示例详细内容 |
[{;*wtv  
;D^)^~7dh  
系统参数 l E&hw  
BklB3*n  
1. 该应用实例的内容 IYQYW.`ly  
;!~;05^iD  

k Lv_P[I  
2. 设计&仿真任务 EhD|\WLx!  
/t9w%Y  
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。 quKD\hL$  
&J~S $  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Txfb-f!mv\  
%DV@2rC<  
y1 }d(%  
4. 参数：SLM像素阵列 c~tSt.^WX  
q;>BltU  
VmUM_Q~  
5. 参数：SLM像素阵列 h?ia4
t  
#/tdZ0  
Wig0OZj  
应用示例详细内容 Qrt8O7&('  
]Z84w!z  
仿真&结果 v =?V{"wk!  
c\]L  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM $>h#|?*?  
 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)。 @B'Mu:|f  
 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。 iP!Y4F  
gP`!MlY@  
2. VirtualLab的SLM模块 bNaUzM!,H  

#P4dx'vm  
qA~D*=  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Z~,.l  
 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。 G4{qWa/  
<eh(~  
3. SLM的光学功能 K?;p:  
bK].qN  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Z*TW;h0ZQ3  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 H3c=B /+  
 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。 t!T}Pg(Bo  
=Hx
~]1  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd wU ; f   
"{Bek<  
 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。 28)TXRr-  
R`**!ku  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd PPqTmx5S  
z8j(SI;3  
4. 对比：光栅的光学功能 :HE]P)wz-  
 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。 }g*-Ty  
 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。 mWusRgj+8  
 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)。 `HM3YC  
 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。 vaf9b}FL  
 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。 BH-[q9pf  
>#:/ GN?  
jzj{{D[^  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd NqZRS>60v  
bF KPV%`  
5. 有间隔SLM的光学功能 gZjO
lp  
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。 uTU4Fn\$L  
)T64(_TE  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd |x6mkSf]ke  
#8z,'~\  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 baNfS  
Ke ?uE  
^c\IZ5  
6. 减少计算工作量 Wv0'?NL.  
qp W#!Vbx  
采样要求：
HL
e
^|  
 至少1个点的间隔(每边)。 <]'"e]  
 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:]SlH  
 4Z}bw#  
采样要求： Q@2tT&eL  
 同样，至少1个点的间隔。 x ctU.)p  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 30_un  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 gx*rSS?=N  
:6u3Mj{  
 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。 ;1.>"zX(  
 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。 >fye^Tx  
 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)。 |mk}@OEf  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 5b#6 Y
 
V./w06;0  
f%{Tu`  
p{a]pG+3  
~9?U_ahfVt  
7. 指定区域填充因子的仿真 zcB2[eaV  
@LKG\zYBu  
 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。 DnHAm q]  
 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。  xD  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 u7"Ve
Tz  
 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)。 "F"_G  
g`OOVaB  
{(OIu]:  
8. 总结 bV`C;RPn  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 q{GSsDo-:V  
sJb)HQ,7x  
第1步 9*KMbd^T  
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。 ay(!H~q_U  
kz0=GKic  
第2步 ^QAiySR`0  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 QP%kL*=8  
扩展阅读 m`$>:B  
扩展阅读 `.'i V[fr  
 开始视频 yvz?4m"_yB  
-    光路图介绍 3l%,D: ?  
 该应用示例相关文件： |:9Ir^  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 k=7Gr;;l=p  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Yu^H*b