[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) SAK!z!t  
S\5bmvqP"  
应用示例简述 4.h=&jz&  
pr#z=vqH  
1. 系统细节 OQT;zqup  
 光源 J(%0z:exs  
— 高斯光束 R_68-WO  
 组件 '0uhD.|G  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 +~roU{& o  
 探测器 C] 9p5Hs  
— 视觉感知的仿真 n9A7K$ZD@  
— 电磁场分布 kc @[9eV  
 建模/设计 .k9{Yv0  
— 场追迹： ?-^
m`  
 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。 h0-hT   
:GW&O /Yo  
2. 系统说明 Y&_&s7z  
(+u39NQ
V  
oiyzHx  
3. 模拟 & 设计结果 $
Y_i4(  
92d6U2T4&  
4. 总结 : G`hm{  
'+vA\(K  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 80&.JP.
 
]Xf% ,iu  
第1步 t|<NI+H(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。 ^#1.l=s  
[],1lRYI9_  
第2步 * Y7jl#7  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 9D}/\jM  
DUe&r,(4O  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Sh,&{z!  
E}_[QEY;Y  
应用示例详细内容 .E&z$N  
}X_;X_\3;'  
系统参数 X*Dj[TD]  
lGk{LO)  
1. 该应用实例的内容 Cc<,z*T  
0}FOV`n  
kbfC|5S  
2. 设计&仿真任务 x^y"<  
E55t*^`  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 g'u?Rn7*J  
U_$qi  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 bb`':3%  
B Ma)O  
N!x =eC  
4. 参数：SLM像素阵列 LIVU^Os.  
zBp{K@U[|M  
-}4NT{E  
5. 参数：SLM像素阵列 7,MS '2nz  
c8M2 ^{O,`  
]I.n\2R]om  
应用示例详细内容 6ubL1K  
NU\ 5{N<  
仿真&结果 ;v~-'*0  
:BukUket1e  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM uV hCxUMQ  
 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)。 @a>2c$%  
 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。 jWO/ xX  
#:|+XLL  
2. VirtualLab的SLM模块 <uk1?Qg  

y}K\%;`[a  
[;.`,/  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Af5D>/  
 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。 0hn-FH-XE  
).HDru-2  
3. SLM的光学功能 8dOo Q  
`L5~mb;7*  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 f8<o8*`7  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 $RwB_F  
 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。 ORWm C!  
$hVYTy~}  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd cZ+7.oDu  
Tv]<SI<B[  
 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。 ";w}3+R  
HXVBb%pP  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd HygY>s+3[  
tPyyZ#,  
4. 对比：光栅的光学功能 +wk`;0sA  
 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-bP,q  
 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。 %_aMl  
 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)。 Q_"\Q/=?Do  
 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。 zggB$5  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 B 2.q3T  
 5q<zN  
W~B5>;y  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Lj%{y.Rj  
m:O(+Fl  
5. 有间隔SLM的光学功能 FM5e+$>@  
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。 F{\gc|!i  
k)FmDX  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd mN5 8r"!J  
hsG#6?l3  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 SnTDLa  
.2\0~x""  
|__=d+M'  
6. 减少计算工作量 '!Kf#@';u  
[$(R#tZ+  
采样要求： /WnE:3G  
 至少1个点的间隔(每边)。 w,jcm;  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 Px'!;  
dd7 =)XT+  
采样要求： f|aDTWF  
 同样，至少1个点的间隔。 gglQU"=g{  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 7TX,T|>9  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 fd8#Ng"1  
N\1/JW+  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 M`,XyIn  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 PI?j_8  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 .Nx W=79t  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 s3lwu :4f  
{lzG*4?  
_NdLcpBT?  
9 K  
vh>{_ #  
7. 指定区域填充因子的仿真 bn 4 &O  
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qF![_  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 8h?X!2Nq  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 #DP7SO  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 /k7wwZiY@  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 WY)^1Gb$ux  
N^elVu4 K  
~j,TVY  
8. 总结 ]?9[l76O7  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 LEc8NQs  
1
}`LTPW9  
第1步 bv\ A,+  
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。 D?+ RJs
  
U?U(;nSR\A  
第2步 _Nu`)m  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 j+748QAhh  
扩展阅读 n2;9geq+  
扩展阅读 J35l7HH  
 开始视频 ~Y/z=^  
-    光路图介绍 $M]%vG  
 该应用示例相关文件： 2Yyb#Ow  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 wt7.oKbW  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 }?O[N}>,m