[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) }cuU5WQ?%  
X;/~d>@  
应用示例简述 70IBE[T&  
c+P.o.k;  
1. 系统细节 C,$$bmS=  
 光源 <yE  
— 高斯光束 _GSl}\  
 组件 f&x7g.I  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 _Eo$V&  
 探测器 iQs7Ly"  
— 视觉感知的仿真 = rDo
Xm  
— 电磁场分布 e7rD,`NiV  
 建模/设计 F"o K*s  
— 场追迹： ha_&U@w  
 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。 J eCKnt=  
<pzCpF<  
2. 系统说明 hJ[Z~PC\T0  
"i3wc&9!?W  
Bo.< 4P  
3. 模拟 & 设计结果 0~2~^A#]\  
\D Oqx  
4. 总结 kOi@QLdN  
|/rms`
YQ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 A"Q6GM2;Io  
q^5j&jx Vl  
第1步 "tax  
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。 M'gw-^(  
oNW5/W2e;  
第2步 ;VVKn=X=S=  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 A|3'9i
L{9  
$2lrP]`>j.  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 -DWyKR= j"  
Rs*]I\  
应用示例详细内容 [Aqy%mbG  
D
bDi n  
系统参数 X;[$yW9hE  
?4p\ujc  
1. 该应用实例的内容 $,Q0ay  
PL*Mz(&bf  
jx*jYil  
2. 设计&仿真任务 J0xV\O !e  
ry^FJyjW  
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。 7Aj o9  
1>5l(zK!9  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 :zN{>,sC  
0^?:Zds  
:x85:pa  
4. 参数：SLM像素阵列 ep|>
z#1  
$Sz@u"ig%  

la37cG  
5. 参数：SLM像素阵列 Q)`3&b  
T >BlnA  
."HDUo2D7  
应用示例详细内容 dY|~"6d)  
=~qQ?;on  
仿真&结果 LmCr[9/  
e,
*E`ol  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 0^l)9zE  
 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)。 o|r8x_!+  
 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。 3W&f^*  
 Xaz`L  
2. VirtualLab的SLM模块 +OEheG8  

x?5D>M/Y  
G3Z>,"w;=
 
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 .X2fu/}  
 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。 >"Tivc5  
_SVIY@K|/  
3. SLM的光学功能 Vp"=8p#k  
3 VNPdXsh  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ,q[aV 6kO  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 0j@nOj(3  
 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。 _f^JXd,7v  
f}1B-  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd G&2UXr3  
$-x@P9im  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 NFYo@kX> G  
{DP%=4  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd .k_> BD];  
_BC%98:WP  
4. 对比：光栅的光学功能 `B1r+uTP~  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 B<V8:vOam  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 \:7G1_o  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 7IEG%FY T  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 IF>dsAAI<  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 Njp?/r  
p'@|Oq&  
CO%o.j=1  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd qwf97pg$  
ON.1'Wk?  
5. 有间隔SLM的光学功能 ca@?-)  
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。 7dg2-4  
"W"
2Y(  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd h vC gd^M  
{Yt@H

 
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 6jDHA3  
?.*^#>
-  
 _klT  
6. 减少计算工作量 pbXh}YJ&  
Xc>M_%+R  
采样要求： Tgf\f%,h  
 至少1个点的间隔(每边)。 AlVBhR`  
 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。 >14x.c  
R&vV!d  
采样要求： K[j~htC{I"  
 同样，至少1个点的间隔。 SJ
 ay  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 )qq5WShMJ  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 (4GDh%  
NK
yKsu  
 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。 eH0^d5bH  
 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。 "t ^yM`$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)。 MkNPC  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 $FJf8u`  
QTC-W2t]  
_Hp[}sv4)  
"/#=8_f  
A.8[FkiNmD  
7. 指定区域填充因子的仿真 #a$k3C  
3hD
\6,@  
 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。 w>TlM*3D/  
 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。 (X{o =co,  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 wf,B/[,d  
 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)。 ?as1^~  
i(9 5=t(  
Y}n$s/O:u8  
8. 总结 t ;-U   
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 @OB7TI_/
 
5Z<y
||=  
第1步 9&O7F}VP2  
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。 .7`c(9<  
!k}]`z^d  
第2步 %b1NlzB+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 3~ptD5@WF  
扩展阅读 h1U8z)D#   
扩展阅读 zHg1K,t:  
 开始视频 m\DI6O"u'  
-    光路图介绍 Mr}K-C?ge  
 该应用示例相关文件： 5 A2u|UU  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ,ozgnhZY  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 OMz_xm.UPi