[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) Pr^p ^s  
d9uT*5f  
应用示例简述 6dX l ny1H  
$^"_Fox]A\  
1. 系统细节 ^Dhu8C(  
 光源 ]%/a'[  
— 高斯光束 @V# wYt  
 组件 $ *^E  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 b'~IFNt*^  
 探测器
J*CfG;Y:  
— 视觉感知的仿真 mdD9Q N01  
— 电磁场分布 @IwVR  
 建模/设计 4'-GcH  
— 场追迹： qfzT8-Y  
 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。 HFd>UdT%  
vdN0YCXG  
2. 系统说明 eFeWjB'<7  
z@S39Xp==  
z;EnAy{9  
3. 模拟 & 设计结果 Eq?d+s>  
yS:1F PA$_  
4. 总结 Z<0+<tt  
5&*B2ZBzH  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 A?sU[b6_  
#ZRplA~C7]  
第1步 H/6GD,0  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ~_Mz05J-\_  
n
ob^ I5?  
第2步 `L=$,7`  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 iy_\1jB0  
J]|lCwF  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 \aO.LwYm;:  
q#~]Hp=W5  
应用示例详细内容 |E)IJj 3  
(^Kcyag4  
系统参数 /RmHG H!  
h}_1cev?  
1. 该应用实例的内容 h8!;RN[  
K9y!ZoB  
grhwPnKl  
2. 设计&仿真任务 {E~MqrX  
7E9h!<5v  
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。 6uijxia  
b]h]h1~hHH  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 L){rv)?="  
~xg1mS9d  
=Jx,.|Bf  
4. 参数：SLM像素阵列 oGLSk(T&I  
\ns#l@B  
L_rKVoKjt  
5. 参数：SLM像素阵列 yv<0fQ  
J dDP  
Xx0}KJq~"  
应用示例详细内容 O$%C(n(  
Cu\A[6g,  
仿真&结果 f9FsZD  
fxQ
N
 
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM m dC.M$  
 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)。 [N/[7Q/y  
 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。 nD+vMG1~w  
-hP@L ++D  
2. VirtualLab的SLM模块 w%1B_PyDg  

BK'!WX  
<oSk!6*  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 "l&sDh%Lk<  
 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。 B*owV%  
e6f!6a+%  
3. SLM的光学功能 %Ya-;&;`  
{A(=phN  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 |400N +MK  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 +6!.)Ea=  
 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。 1Ly?XNS  
X!n-nm
s  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd x c-=;|s  
'C~NQ{1TV  
 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。 *4^!e/  
,FJ9C3  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd  IjDG  
`\&qk)ZP  
4. 对比：光栅的光学功能 {nbD5?   
 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。 eN%Ks  
 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。 ?|:!PF*L~z  
 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)。 }@OykN  
 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。 &,fBg6A%  
 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。 ~"5WQK`@  
`ge{KB;*n#  
'W$jHs  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd WW;S  
Ah &D5,3  
5. 有间隔SLM的光学功能 f
h \<tnY  
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。 T.HI $(d  
mB#`{|1[  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 3;j?i<kM  
{P(Z{9u%  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 >U9!KB  
r}QW!^F  
a7q-*%+d5  
6. 减少计算工作量 :f^O!^N  
}qW%=;!  
采样要求： x-U^U.i@  
 至少1个点的间隔(每边)。 N`grr{*_  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 "aP>}5<h  
i<1w*yu  
采样要求： {:Z#8dGe  
 同样，至少1个点的间隔。 .dp~%!"Sn,  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 PF!Q2t5c3  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ,I@4)RSAH|  
@^;WC+\0  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 5<a)SP 0  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 _?@>S7-  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 q?Q"Ab  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 !?ayZ5G([  
CQ"IL;y  
+&a2aEXF  
E[htNin.B~  
Ajq;\-:  
7. 指定区域填充因子的仿真 +]CKu$,8  
J*,Ed51&7  
 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。 ,h5.Si>  
 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。 QD<^VY
6  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 0c7&J?"wE  
 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)。 P}&7G-  
N!"GwH  
\p@,+ -gX  
8. 总结 `-s+ zG  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 8o4<F%ot  
aiw~4ix  
第1步 o|l)oc6{  
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。 DD|%F  
>}u?{_s *0  
第2步 b\gl9"X  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 zmf5!77  
扩展阅读 ,`/!0Wmt  
扩展阅读 +5?hkQCX1^  
 开始视频 ;csAhkf:S  
-    光路图介绍 5&2=;?EO  
 该应用示例相关文件： qJ"dkT*  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 fPK|Nw]b  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 A0O$B7ylQ