[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) \x+3f  
uf'4'  
应用示例简述 M+xdHBg  
;3m!:l  
1. 系统细节 Q8qz*v]{  
 光源 ;[$n=VX`  
— 高斯光束 '&yeQ  
 组件 HeA{3s  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 I021p5h|  
 探测器 0q6I;$H  
— 视觉感知的仿真 ,k0r  
— 电磁场分布 ~?Omy8#  
 建模/设计 tE"Si<[]H$  
— 场追迹： MI#mAg<  
 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。 vqNsZ 8|`  
Y+-xvx :  
2. 系统说明 - u3e5gW  
csQfic  
+K$NAT  
3. 模拟 & 设计结果 %[QV,fD'E  
;<wS+4,  
4. 总结 O'DW5hBL0  
n$)_9:Z-j  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 {}Ejt:rKN  
!Pj/7JC0  
第1步 A74920X`W  
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。 Oejq@iM"(  
$u9]yiY.{  
第2步 g:#dl\k  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 b1`r!B,  
adO&_NR  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 pW?&J>\6  
Y)I8eU{Wl(  
应用示例详细内容 cO#oH2}  

^U q  
系统参数 /VTM 9)u  
+cB&Mi5  
1. 该应用实例的内容 &tI#T)SSs  
\h{r;#g  
bKbp?-]  
2. 设计&仿真任务 ^]c6RE_  
cu7(.  
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。 } :?.>#  
8;\sU?  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 FG-L0X
 
3I=kr  
i+vsp@d  
4. 参数：SLM像素阵列 m <k!^jp  
)g1a'G  
Iw=Sq8  
5. 参数：SLM像素阵列 yJJ4~j){l  
HZ"Evl|n  
S"2qJ!.u  
应用示例详细内容 dZ(|uC!?  
;?L\Fz(<
 
仿真&结果 z(HaRB3l  
]<w:V`(  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM {1lO  
 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)。 !.X.tc  
 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。 `$5UH
a2/  
lhLGG  
2. VirtualLab的SLM模块 X" R<J#4  

+5p{5 q(o  
: mGAt[Cc  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 _D!g4"  
 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。 )ZR+lX}  
fys  
3. SLM的光学功能 m6n!rRQ^U  
M:SO2Czz  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 VM=+afY5M  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 #;tT8[Ewuw  
 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。 e 9$C#D>D  
&<x@1,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd b\55,La  
,TC;{ $O5  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 SAv<&  
JiS5um=(.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 34AP(3w  
8\ha@&p  
4. 对比：光栅的光学功能 >v5k{Cbp0  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 !fkep=  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 h5zVGr  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 ! T9
]/H?  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 [w\?j,  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 3tS~:6-/  
C*6S@4k  
./-JbW  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 8nNsrat  
b3$k9dmxV+  
5. 有间隔SLM的光学功能 t,%iL  
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。 }E^S]hdvz  
^s/  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd i

rBDGT~  
r4 dOK] 0  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 g=)J~1&p  
H^%.=kf  
T6#"8qz<  
6. 减少计算工作量  $6>?;  
T)CzK<LbR  
采样要求： 2s ,8R  
 至少1个点的间隔(每边)。 x2VBm$>  
 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。 o@E/r.uK  
XAOak$(j  
采样要求： e&It   
 同样，至少1个点的间隔。 kUHE\
L.Y]  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Lm)\Z P+W  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 yl]FP@N(  
?[)S7\rP  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 {==pZpyyh  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 "E!mva*NU  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 Tp%(I"H'_;  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 vFmJ;J  
l0]
d  
MFit
|C  
0(>rG{u  
LX+5|u  
7. 指定区域填充因子的仿真 Bn wzcl  
h+7>#*DH  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 eOlKbJU  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 5t:8.%<UK  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Al"3 kRJJ  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 :Waox"#=g  
>R^@Ww;|q  
i^Ut015q%  
8. 总结 L-i>R:N4  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 3C>qh{z"  
`i!wq&1g7  
第1步 B~WtZ-%%E  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 i\}:hU-U  
0`#(Toe{B  
第2步 %"3 )TN4  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 d 4{FDqto  
扩展阅读 eBW=^B"y+  
扩展阅读 P!g-X%ngo  
 开始视频 P~CrtTss  
-    光路图介绍 FVWfDQ$&v  
 该应用示例相关文件： 5OLQw(E  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 (-yl|NFBw  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ]TpU"JD