[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) H
Sruue8  
;}B=g/C  
应用示例简述 !?,, ZD  
Kzev] er  
1. 系统细节 b_+o1Zy`  
 光源 d6i}xnmC  
— 高斯光束 6i/unwe!`)  
 组件 H1N@E}>|  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 e~vO
 
 探测器 g@H<Q('fJ  
— 视觉感知的仿真 jFQy[k-B  
— 电磁场分布 %Wtf24'o;v  
 建模/设计 Q& [!+s:2J  
— 场追迹： >N^<Q4%2  
 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。 I
OHWb&N6  
z%}"=  
2. 系统说明 7gX32r$%V  
qnP4wRpr  
IADSWzQ@  
3. 模拟 & 设计结果 Ana[>wSZO@  
U]Q5};FK  
4. 总结 i4YskhT  
ra~=i|s  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 uQdeKp4(  
AD   
第1步 p\zqZ=s  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 c&;" Y{  
)CXlPbhY?  
第2步 ".jO2GO^  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 u6C_*i{2  
Uz;^R@  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 v&:[?<6-  
t[|rp&xG  
应用示例详细内容 l>*X+TpA,  
zlLZ8b+  
系统参数 0+mR y57  
5Sl"1HL  
1. 该应用实例的内容 ;(K/O?nrJ  
uGAQt9$>_  
$NCvF'  
2. 设计&仿真任务 f@sC~A. 9\  
q}i#XQU  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 ?g1eW q&  
\BBs;z[/  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 -#%M,Qb  
Y*xgY*K  
Pll%O@K  
4. 参数：SLM像素阵列 X -1r$.
  
WD4"ft  
t %u0=V  
5. 参数：SLM像素阵列 o?]Q&,tO  
MTt8O+J?P~  
i~x]!!  
应用示例详细内容 @+;.W>^h  
jP+{2)z"W  
仿真&结果 Gd!_9S`68  
G=qlE?j`j  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM B}qG-}(V  
 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)。 ~{DJ,(N"n  
 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。 Dp['U
  
JQb{?C  
2. VirtualLab的SLM模块 a[;
L+  

p#c41_?'e  
4UbqYl3|a  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 P^o@x,V!&  
 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。 jR\pYRK  
b!t[PShw^  
3. SLM的光学功能 fFEB#l!oUb  
[Zdrm:=]L  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 @oY+b!L  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 86LE )z  
 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。 ="G2I\  
-[!t=qi  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd $,Q]GIC  
H8g6ZCU~  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 ebEI%8p g  
R|@~<*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd = 1veO0  
Ot.v%D`e 5  
4. 对比：光栅的光学功能 m|JA}&A  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 _an0G?7  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 8(ZQM01;  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 h@JX?LzZS  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 #6~KO7}  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 aid1eF  
U=%(kOx  
:tbI=NDb  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ?9?A)?O<j~  
~jJ.E_i  
5. 有间隔SLM的光学功能 o]V.6Ge-  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 {1=|H$wKg  
z-3.%P2g  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd X}G$ON  
3AENY@*  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 f>xi(0  
Ij
OBY  
6 o  
6. 减少计算工作量 NHUJ:j@  
&b>&XMIK  
采样要求： }>y!I5O  
 至少1个点的间隔(每边)。 3ouy-SQ  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 x?A<X2  
qh W]Wd"g  
采样要求： ?=)lbSu K  
 同样，至少1个点的间隔。 dHAT($QG  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 H9'psv  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Kt qOA[6  
zrSYLG  
 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。 s[eSPSFZ  
 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。 vC1fKo\p  
 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)。 yX*$PNL5w  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 / j "}e_Q  
[QMN0#(h  
'+l"zK]L-  
2Y9u9;ah  
C(h<s e?  
7. 指定区域填充因子的仿真 cjhwJ"`H  
P9:5kiP H  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 ,j{tGj_  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 uDJ;GD[yc  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 DC_uh  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 &'zc2  
rS!@AgPLE  
J9;fqQCt  
8. 总结 K@:omT  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 |Wa.W0A  
'aV'Am+:  
第1步 ]Ue aXwaU  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 }'}n~cA.{  
V=fh;p  
第2步 bbjEQby  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 8G$BQ  
扩展阅读 8JQ\eF$ma  
扩展阅读 u{HO6s\S  
 开始视频 zp:QcL"  
-    光路图介绍 <-' !I&  
 该应用示例相关文件： [\eVX`it  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 %A3m%&(m&%  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ,)dlL tUm