[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. .|O  
D[>:az`  
应用示例简述 +Z"Wa0wA  
K3zY-yIco  
1. 系统细节 G? SP
z  
 光源 {MtJP:8Jp  
— 高斯光束 c]*y
o  
 组件 o6u^hG6~'  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 }hn?4ny  
 探测器 Jq^[^  
— 视觉感知的仿真 iZ]^JPU}  
— 电磁场分布 t ]BG)]  
 建模/设计 Sstz_t  
— 场追迹： xhALJfv  
 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。 q>
%B @'  
DcxT6[  
2. 系统说明 O]IAIM  
(\qf>l+*  
myo4`oH  
3. 模拟 & 设计结果 1#Vd)vSP  
ZKI8x1>Iq  
4. 总结 &DW !$b  
?<J~SF Tt  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 /%g@ ;  
l(1.Ll  
第1步 dsX"S;`v  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 z^wo
d  
O=K0KOj  
第2步 13@emb  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 M[985bl  
>JNdtP8s/1  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 +184|nJ<2  
+_X*one  
应用示例详细内容 2?qT,pN  
<mJ8~  
系统参数 g8/ ,E-u  
8}BM`@MG  
1. 该应用实例的内容 P:Q&lnC  
~;b}_?%o  
|QZ E  
2. 设计&仿真任务 y /vc\e  
ShQ!'[J  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 r5Q#GY>  
#bcZ:D@FC  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 W
Xo bh  
sw9ri}oc  
}x|q*E\  
4. 参数：SLM像素阵列 \hBzQ%0  
a?ete9Q+  
]fDb|s48  
5. 参数：SLM像素阵列 SP<(24zdd  
aY4v'[  
bR}fj
.gP  
应用示例详细内容 07=I&Pum  
D\;5{,:d  
仿真&结果 M:.+^.h  
 rPr]f;  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Pc?"H!Hkn  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 'JgCl'k,  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 'PrBa[%  
y<HNAGj  
2. VirtualLab的SLM模块 b*tb$F  

WNeBthq6  
q`8 5-  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ` ,
SNqi  
 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。 @8w[Zo~  
ZJ+ad,?,  
3. SLM的光学功能 !Mgo~h"]#  
5MYdLAjV  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 )Ft+eMYti[  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 R@uA4Al  
 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。 8*Fn02 p  
\ C$t  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd /V cbT >=  
?v:FGO  
 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。 HNc/p4z  
O46v  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ;,uATd|  
e?7NW  
4. 对比：光栅的光学功能 [jCYj0Qf8  
 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^X3EOc  
 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。 ,o0Kevz  
 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)。 0t(c84o5  
 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。 unqUs08  
 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。 ]ZP!y  
]a.^F
 
3mopTzs)  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd KSS]%66Y  
Y~!A"$  
5. 有间隔SLM的光学功能 wKpb%3  
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。 pd`m//G  
SmvMjZ+7Y  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd G=gU|& (  
k{S8q?Gc  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 4i&Rd1#0dI  
$;$vcV9*  
*_J{_7pwe  
6. 减少计算工作量 z`$c4p6G6  
z
6;hFcO  
采样要求： ~H   
 至少1个点的间隔(每边)。 `:EhYj.  
 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。 oclU)f.,  
Fv)E:PnKC  
采样要求： mN.[bz  
 同样，至少1个点的间隔。 Dm}M8`|X  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 @^ti*`  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 3` oOoKX  
_Yp~Oj  
 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。 |& jrU-(  
 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。 dKD:mU",M  
 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)。 Zo^]y'  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 %{3q=9ii  
Ac*J;fI  
f)a0!U 44  
#639N9a~  
7hu7rWY`E  
7. 指定区域填充因子的仿真 <HN{.p{  
x H=15JY1W  
 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。 Fsx<Sa  
 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。 Wi
!"Vcn  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 .oLV\'HAR  
 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)。 0b n%L~KU  
P7Qel,  
4 83r
U  
8. 总结 $?k]KD  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Q[q`)~|  
vp*+Ckd  
第1步 y:Of~ ]9@  
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。 W\w#}kY  
5F ^VvzNn  
第2步 E'Ux2sh  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [Y@>,B!V  
扩展阅读 Yc_(g0NK  
扩展阅读 +w?R4Sxjn  
 开始视频 tk=S4/VWv  
-    光路图介绍 dkCUU  
 该应用示例相关文件： pz)>y&_o  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 { %]imf|g.  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 >zL5*:G