[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) rS=tcBO  
.O;!W<Ef$  
应用示例简述 J]$er0`LY  
p9k4w% ~:  
1. 系统细节 QR|XV%$  
 光源 IsWcz+1n  
— 高斯光束 A>J1B(up  
 组件 $dr27tse&<  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 <8g *O2  
 探测器 2Ti" s-  
— 视觉感知的仿真 J&n ^y  
— 电磁场分布 5#yJK>a7  
 建模/设计 ze*&
*csO  
— 场追迹： ?,D>+::  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 s+(l7xH$  
:Pj W:]  
2. 系统说明 NW
}>pb9  
e~tr^$/(  
87&KQ_  
3. 模拟 & 设计结果 o(?VX`2"  
rSM$E  
4. 总结 u-8X$aJ  
%"1` NT  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 $'WapxF  
16a_GwfM  
第1步 / c4;3>IS  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 N
8Rm})  
=}B4I  
第2步 Ufm(2`FQ  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 7KvXTrN!9  
#Nu%]  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 UY?i E=  
e{^:/WcYB  
应用示例详细内容 []GthF  
z Y$X|=f  
系统参数 8o*\W$K@  
L?Kz P.(t+  
1. 该应用实例的内容 %RCl+hOP.h  
[[";1l  
"R@$Wu53|  
2. 设计&仿真任务 {bAWc.  
ZXF
AuF  
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。 p?J~'  
xI/{)I1f  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ^yEj]]6  
\;3B?8wbIl  
o<C]+Nt,@  
4. 参数：SLM像素阵列 f:x9Y{Y  
x>1iIpBv^  
2<46jJYL'  
5. 参数：SLM像素阵列 WHpUjyBP  
\Owful  
C8bGae(  
应用示例详细内容 r`&2-]  
 kg/+vJ  
仿真&结果 (>!]A6^L~  
0)6i~MglY  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM +d6Aw}*
 
 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)。 >|Ur
xJ7  
 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。 I]uOMWZs  
|Ak =-.  
2. VirtualLab的SLM模块 @);!x41f  

}skRlC  
%2rHvF=  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 [9db=$v8$  
 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。 ]Omb :  
w(vE2Y ?  
3. SLM的光学功能 d'lr:=GQ  
QoT3;<r}  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 IF36K^K  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 A}t&-  
 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。 uI[-P}bSc&  
>m2<Nl}  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd k *G!.  
/P?|4D}<  
 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。  &*>CPO  
~7,2N.vO2  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd `PQ?8z|  
(^s&M  
4. 对比：光栅的光学功能 9rpg10/T  
 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。 )
$l9xx[  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 HX /GLnY/X  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 0]h8)EW  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 OUIUgej  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 (giTp@Tp  
 s>*Q  
9A*?E  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 3x(MvW30Lg  
Tjeo*n^  
5. 有间隔SLM的光学功能 V. bH$@ej  
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。 #2lvfR|  
5E\<r/FeJ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd bD-/ZZz  
$_URXI  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 .j:.WnW  
V&4:nIS>z  
O yH!V&w  
6. 减少计算工作量 VkN[=0a,  
2l[A=Z  
采样要求： O{i_?V_  
 至少1个点的间隔(每边)。 fa+W9  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 S$lmEJ_  
|qy"%W@  
采样要求： zI2KIXcc  
 同样，至少1个点的间隔。 0r$hPmvv8  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 @7HOL-i  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 CtC`:!Q  
G2yUuyAZ  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 {Hp}F!X$  
 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。 B0oY]r6  
 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)。 QIMv9;  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 `6BS-AVO7  
U@v8H!p^i  
2YE]?!   
"{ QHWZ  
uVuToMCp  
7. 指定区域填充因子的仿真 |jaY[_.@  
H-cBXp5z  
 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。 0Yzb=QMD  
 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。 ~4~Tcn  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 'd.@4 9  
 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)。 ,^+R%7mv  
iQ]c k-  
);uZ4PNK/?  
8. 总结 %oCjZ"ke  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 o4[2`mT  
s[B6%DI/5  
第1步 zIQc#F6\5  
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。 BWi 7v
  
b gc<)=  
第2步 ;&^"q{m  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 _6-/S!7Y
\  
扩展阅读 mQA<t)1  
扩展阅读 ^n45N&916  
 开始视频 kzVI:  
-    光路图介绍 3JE;:2O~P  
 该应用示例相关文件： ='bmjXu  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 4Ig{#}<  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ~"rwP=<}