[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) !fV+z%:  
0#7>o^2  
应用示例简述 vONasD9At  
@N>\|!1CC  
1. 系统细节 CmP9Q2  
 光源 L4@K~8j7  
— 高斯光束 a=|K%ii+Y  
 组件 1jmjg~W  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 -V*R\,>  
 探测器 x77*c._3v  
— 视觉感知的仿真 :(E@Gf  
— 电磁场分布 a{L%7  
 建模/设计 JinU
V6cr  
— 场追迹： 2jA{SY-  
 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。 8 `v-<J  
h/QXPdV  
2. 系统说明 ^rB8? kt  
6iry6wcHm  
F#3Q_G^/  
3. 模拟 & 设计结果 =Pyj%4Rs  
{UX!go^J  
4. 总结 z{%<<pZ  
lne|5{h  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 [7:,?$tC  
3p$?,0ELH  
第1步 ~T"Rw2vb  
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。 WqR&&gz  
,5P0S0*{  
第2步 O
0*p0J  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 M:=J^0  
^L,K& Jd  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 8v6(qBK  
xBj9yu  
应用示例详细内容 dUD[e,?  
n.}ZkG0`  
系统参数 A\*>TN>s  
W Tcw4  
1. 该应用实例的内容 SjK  
h<h%*av|  
]HbY  
2. 设计&仿真任务  }t!Gey  
lPe&h]@ >  
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。 eYc$dPE  
kx8G  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 QDZWX`qw{  
b;L\EB  
i}(LqcYU  
4. 参数：SLM像素阵列 b8H{8{wi|  
\wmN  
g%aYD
l  
5. 参数：SLM像素阵列 ~\r*  
,S\CC{!  
&L3M]  
应用示例详细内容 a1+oj7  
AI2~Jp  
仿真&结果 IM*y|UHt  
_OYasJUMG  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM y-Fo=y  
 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)。 V(}:=eK  
 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。 g%o(+d  
mb1FWy=3  
2. VirtualLab的SLM模块 >k|5Okq g  

)',R[|<  
'z8pzMmT  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 +8T?{K  
 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。 pR
<`H'  
cF*TotU_m  
3. SLM的光学功能 .C%<P"=J4h  
#{0HYg?(f  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 n>z9K')  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 oueC  
 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。 bt SRtf  
'I|v[G$l
 
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd _r#Z}HK  
.Cv6kgB@c  
 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。 _=>He=v/  
`K"L /I9  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd _IMW{  
;T\%|O=Ke  
4. 对比：光栅的光学功能 Q)#B0NA;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。 kb%;=t2  
 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。 B
X/8O<s0  
 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)。 Lpkyoh v  
 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。 T}Tp
$.gB  
 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。 W<{h,j8  
O *C;Vqt  
 y`iBFC;_  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd $V
;i '(&7  
MBK^FR-K  
5. 有间隔SLM的光学功能 Gf6p'(\zun  
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。 ]2A^1Del  
810|Tj*U%  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd .N;=\C
*  
4(n-_BS  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 299H$$WS,Z  
XTs8s12  
bG"~"ipn%  
6. 减少计算工作量 >I
afUy  
j a[Et/r  
采样要求： AOZP*\k  
 至少1个点的间隔(每边)。 %fZJRu 1b  
 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。 n)/z0n!\  
n6=By|jRh  
采样要求： ')Zvp7>$  
 同样，至少1个点的间隔。 Z3e| UAif  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Rr$-tYy6  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 0|qAxR-  
u]wZQl#-  
 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。 R+:yVi[F]U  
 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。 )6MfRw  
 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)。 9)yJ: N#F  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 cU (D{~  
J(TkXNm  
qArM|\l1  

hW')Sp  
h f)?1z4  
7. 指定区域填充因子的仿真 CT@ jZtg0  
yu {d! {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。 X #dmo/L8  
 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。 M7\szv\Zc=  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 234p9A@  
 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)。 tIi&;tw]  
eeg)N1\  
R-wp9^  
8. 总结 iU918!!N  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ]EbM9Fo-U  
A QU+mo  
第1步 )}R0Y=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。 je-!4r,  
%Xd[(Q)  
第2步 Y Uc+0  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,pfG  
扩展阅读 S}3fr^{.  
扩展阅读 bP#:Oi0v`  
 开始视频 \w>y`\6mX  
-    光路图介绍 ZoqZap6e  
 该应用示例相关文件： 2|y"!JqE1  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 I|!OY`ko  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 /N+dQe