[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) C+dz0u3s  
VAe[x `  
应用示例简述 ZQ-6n1O  

1Cw$^jd  
1. 系统细节 O2U}jHsd  
 光源 ~Qf\DTM&  
— 高斯光束 I<Mb/!TQ  
 组件 5Y@Hb!5D  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 _c(h{dn  
 探测器 4RH>i+)pS\  
— 视觉感知的仿真 SQMtR2  
— 电磁场分布 _p^Wc.[~M  
 建模/设计 T#vY(d  
— 场追迹： TpdYU*z_Br  
 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。 Kb'4W-&u!  
S9
'Xsh  
2. 系统说明 0vMKyT3 c  
*uKYrs [  
a^Q ?K\c4N  
3. 模拟 & 设计结果
[e{D  
t oM+Bd:Y  
4. 总结 #<#-Bv  
Q9;VSF)  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 uh>"TeOi  
t%@u)bp  
第1步 6^2='y~e  
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。 |Nadk(}  
. K_Jg$3  
第2步 ,?+uQXfX
R  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 A.RG8"  
bkrl>Im<n  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Lg7dJnf  
y k\/Cf  
应用示例详细内容 ,jl4W+s  
>\3N#S"PF  
系统参数 0WyOORuK  
APCE}%1U  
1. 该应用实例的内容 +4Q1s?`  
,C:^K`k&  
z.OJ1vY7  
2. 设计&仿真任务 /"^XrVi-  
$I<\Yuy-M9  
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。 kv2 H3O  
_SH~.Mt_!  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 &!FI!T -WH  
]LMtZUz  
>X5RRSo  
4. 参数：SLM像素阵列 ZS`9r16@b  
b'vIX< g  
d ]#`?}  
5. 参数：SLM像素阵列 =)x+f/c]  
:?>yi7w  
gJg+ ]-h/  
应用示例详细内容 y I[kaH"J  
U99Uny9  
仿真&结果 |:SIyXGbY  
6y"T;.FAo  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 0C6T>E7  
 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)。 ' t^ r2N/  
 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。 p4$4;)  
+WguWLO"  
2. VirtualLab的SLM模块 E `V?Io  

aY DM)b}  
O5:[]vIn  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 cE?p~fq<  
 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。 ]?NiY:v  
tJm1Q#||  
3. SLM的光学功能 xhB-gG=  
eQMa9_  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 c(!pcB8  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 NS "1zR+  
 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。 ~3|)[R=+p1  
.}E@7^X  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd kPO+M~+n  
AE Abny q  
 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。 *@WBaN+  
&G?w*w_n  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd hdqr~9  
OU*skc>  
4. 对比：光栅的光学功能 U}l=1B  
 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。 oq,*@5xV2  
 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。 is^5TL%@  
 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)。 k4` %.;  
 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。 /!60oV4p0  
 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。 P~PM$e  
MVEh<_  
^KV:.up6  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd b{ tp qNm~  
?/(
*cA  
5. 有间隔SLM的光学功能 g'EPdE  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 O@skd2  
+6L.a3&(b  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 6t'.4SR  
qV-1aaA  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 bzZ7L-yD  
Ty*+?#`  
o?aF  
6. 减少计算工作量 f{|n/j;n=C  
pezfB{x?  
采样要求： Vw`%|x"Xz  
 至少1个点的间隔(每边)。 yvnvIy  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 g3Ul'QJ  
nk;+L  
采样要求： Qz$Wp*  
 同样，至少1个点的间隔。 "S>VqvH3  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Eks<
O  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 0;%\L:,O  
7>EMr}f C  
 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。 \[/}Cy  
 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。 ojVN-*5  
 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)。 w*u.z(:a`  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 { 3 "jn  
BU|m{YZ$  
:\%hv>}|  
$-(lp0\*  
<t"fL RX  
7. 指定区域填充因子的仿真 \\Z?v,XsS  
;x/.8fA  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 ler$HA%F]  
 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。 AR g]GV/L  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 I,r0K]  
 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)。 `*i:z'  
!.O;S
G  
\t? ;p-+ta  
8. 总结 x@|10GC#:  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 8/~@3-9EK  
GxE`z6%[  
第1步 vJ;0%;eu[!  
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。 J@rBrKC  
CU/Id`"tW  
第2步 %d /]8uO  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 V0_^==Vs  
扩展阅读 ^xr &E  
扩展阅读 ,,?XGx  
 开始视频 uTy00`1  
-    光路图介绍 ~b[5}_L=>  
 该应用示例相关文件： kAW2vh  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Ze?H  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 %xC}#RDf