[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) m2(}$z3e  
gfAWN  
应用示例简述 mGDc,C=5:  
v:74iB$i/C  
1. 系统细节 6 .?0 {2s  
 光源 _I'k&R  
— 高斯光束 mpwh=  
 组件 ,Q Ge=Exn  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 4NaT@68p  
 探测器 u|$HA>F[  
— 视觉感知的仿真 CfrO1iF  
— 电磁场分布 =m (u=|N3  
 建模/设计 rf+}J_  
— 场追迹： E,?IIRg&  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 `:r-&QdU o  
PEjd  
2. 系统说明 gk8v{'0Er  
s@%>  
[=cbzmX[  
3. 模拟 & 设计结果 7W4m&+  
dly -mPmP  
4. 总结 u"hr4+/  
2,I]H'}^  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0VJHE~Bgi  
o\it]B  
第1步 6A>bm{`c:  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 'cS| BT  
17l?li  
第2步 ESIJ QM-[+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 qPDRB.K|}  
CcV@YST?  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 751Qi  
~qL/P 5*+  
应用示例详细内容 -3d`e2^&}  
ia /#`#.  
系统参数 G;/> N'#  
HtE^7i*_  
1. 该应用实例的内容 a ge8I$*`@  
zJ1M$U  
9$[
MM*r  
2. 设计&仿真任务 ,:-^O#  
]-X\n  
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。 gV:0&g\v  
IJPyCi)  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 /s(PFN8#Y  
5?(dI9A"K  
# E8?2]  
4. 参数：SLM像素阵列 q:jv9eL.O  
!](Mt?e  
zh?
B-"O=5  
5. 参数：SLM像素阵列 qnd] UUA^  
l)DcwkIG  
I~"l9Jc!"  
应用示例详细内容 Ym -U{a  
Q>w)b]d~c  
仿真&结果 p ~+sk1[.  
Ft:_6T%  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM dKchQsgCg  
 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)。 ~<Wa$~oY  
 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。 #t# S(A9)  
wc}x [cS  
2. VirtualLab的SLM模块 T I ZkN6  

l9y%@7  
wt_ae|hv  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 <X1[j9Qtv0  
 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。 kY4h-oZ  
#=m:>Q?%z  
3. SLM的光学功能 ^ 6t"A  
Ia^/^>  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 `C6,**`R$k  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 cZWW[i  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 [c=![*}/  
yM-%x1r~  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 5':j=KQE_  
q7rX4-G$  
 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。 >Bm>/%2  
`"iPJw14  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd dftX$TS  
1o   
4. 对比：光栅的光学功能 "JYWsE  
 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。 p1z^i(  
 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。 lrMkp@f.  
 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)。 GsqO^SV  
 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。 *9r 32]i;  
 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。 _B}QS"A  
~~ty9;KYL  
ydzvjp=  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd fjQIuM  
L#_QrR6Sny  
5. 有间隔SLM的光学功能 w;Pe_m7\EO  
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。 _xP@kN~  
MF::At[4  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd I=K<%.  
kw1Lm1C  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 z-S8s2.Fd  
,#.^2O9-^  
v[m1R'  
6. 减少计算工作量 23zR0z(L  
:\1vy5 _  
采样要求： J\I`#
 
 至少1个点的间隔(每边)。 wmX *n'l  
 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。 JCITIjD7=  
k0DX|O8mXV  
采样要求： fhQ N;7  
 同样，至少1个点的间隔。 Lb2/ Te*  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 hN1{?PQ  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 7q^a@5f BG  
T!5g:;~y >  
 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。 w6k^|."  
 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。 8GT{vW9  
 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)。 (Z>vbi%  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Sj4@pMh4  
W4AFa>h  
'p'nAB''!  
P-\T BS_O  
A Rjox`  
7. 指定区域填充因子的仿真 54&&=NVs|  
[-Mfgw]i  
 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。 &R}2/Mt  
 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。 fAeq(tI=  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 DzvGR)>/  
 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)。 eN I6V/\`  
%|?PG i@5  
X57\sggK  
8. 总结 J,wpY$93  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 If.h
A}  
]3yaIlpD1  
第1步 f
TA%HsvU:  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 N6S}u@{J~N  
+p)kemJ~  
第2步 km!jxs  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 R&s\h"=*  
扩展阅读 s$OnQc2/  
扩展阅读 KZTT2KsYl  
 开始视频 >PiEu->P,  
-    光路图介绍 ;(9q, )  
 该应用示例相关文件：
QW}N,j$  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 cH\.-5NQ  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 t[^68]