[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) k X {0y  
!w BJ,&E  
应用示例简述 f#ri'&}c :  
$d?.2Kg  
1. 系统细节 O25lLNmO  
 光源 W0I#\b18  
— 高斯光束 [qsEUc+Z.'  
 组件 5zON}"EC  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ETs>`#`6o  
 探测器 p~LrPWHSTP  
— 视觉感知的仿真 8enEA^  
— 电磁场分布 NnVnUgx  
 建模/设计 s+tGFjq  
— 场追迹： HR}bbsqxVf  
 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。 hy|b6wF&  
V|\7')Qq  
2. 系统说明 CdL< *AH  
1}~(Yj@f%  
6'xsG?{JY  
3. 模拟 & 设计结果 2wF8 P)  
uwlr9nB  
4. 总结  }-~l!  
dH
( ('u[  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <FZ@Q[RP  
-*.-9B~u  
第1步 4@xE8`+bG  
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。 HaIM#R32T  
T0]MuIJ).  
第2步 -_$$Te  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Uix6GT;  
P;4w*((} ~  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ?7{H|sI
 
`p+Zz"/  
应用示例详细内容 .bio7c6  
Hc`A3SMR  
系统参数 8V~vXnkM  
2;w*oop,O  
1. 该应用实例的内容 dO%W+K  
mc4i@<_
?  
/hO1QT}xd  
2. 设计&仿真任务 GgKEP,O  
0wS+++n$5  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 .9.2Be  
 W%\C_  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 av~5l4YL  
5xL~`-IA&v  
}NB}"%2  
4. 参数：SLM像素阵列 f
5`g  
K$d$m <  
n0is\ZK 0  
5. 参数：SLM像素阵列 X]y)qV)a[c  
13Lr}M&  
Wl}&?v&@  
应用示例详细内容 mkR2i>  
Vx-7\NB  
仿真&结果 i&n'N8D@  
a0Zv p>Ft  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM |ZQ@fmvL/p  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 U,LTVYrO  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 PdvqDa8  
7x<i :x3  
2. VirtualLab的SLM模块 P
~ &$
l2  

M8u<qj&<O  
?R$&Xe!5  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 fDP$ sW  
 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。 C"{k7yT  
z<5m fAm  
3. SLM的光学功能 `He,p -  
0#MqD[U(  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 zen*PeIrA^  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 )(@Hd  
 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。 9HX =T%  
(IPY
^>h  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd h?pkE  
BGfzslK  
 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。 S<J}[I7V  
,\@O(; mF  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd FKmFo^^0  
Q1z;/A$Al  
4. 对比：光栅的光学功能 8}(]]ayl  
 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。 %$DI^yS  
 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。 9`9R!=NM  
 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)。 !3ctB3eJ  
 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。 -! K-Htb-  
 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。 [VWUqlNt>  
kTvd+TP4  
LupkrxV  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd RH|XxH*  
R,Vd.-5M  
5. 有间隔SLM的光学功能 =ha{Ziryo  
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。 <Z/x,-^*<  
_H/8_[xk  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd Tq~=TSD  
zi3\63D3eO  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 H8On<C=  
O &-wxJ]S  
B9J&=6`)  
6. 减少计算工作量 T|6a("RL  
%?Ev|:i`@  
采样要求： U,.![TP  
 至少1个点的间隔(每边)。 Q0ON9gqqv  
 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。 X<*U.=r)  
9U%N@Dq`Z  
采样要求： &EnuE0BD  
 同样，至少1个点的间隔。 (!zy{;g|  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 |*0<M(YXN  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 "%x<ttLl  
icgSe:Ci  
 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。 0/oyf]HR  
 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。 bv*,#Qm  
 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)。 5hy""i  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 @Rw!'T  
,YMp<C  
eh5gjSqx  
*v3]}g[<  
s]JF0584  
7. 指定区域填充因子的仿真 9uQ 4u/F  
\R;`zuv  
 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。 = MOj|NR [  
 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。 ,9o"43D:a|  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 v7`HQvQEz=  
 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)。 >lIk9|  
}7.PH'.8  
7?%k7f  
8. 总结 |1>*;\o-  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 GHeVp/u  
G-.^O,%  
第1步 _}En/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。 ksN+?E4w  
$"H{4x`-  
第2步 4zo5}L`Y  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 6<ZkJ:=  
扩展阅读 5x>}O3Q_  
扩展阅读 K]9"_UnN  
 开始视频 n0e1k.A  
-    光路图介绍 jE/AA!DC#  
 该应用示例相关文件： 9amaL~m  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 \0f{S40  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 <"r#:Wr