[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) jw{B8<@s  
(xVx|:R[<H  
应用示例简述 wvxz:~M  
3o/f, }_  
1. 系统细节 VNIl%9:-l  
 光源 Ql l{;A  
— 高斯光束 F ]Zg  
 组件 >A6W^J|[  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 -PGxG 8S  
 探测器 !6RDq`  
— 视觉感知的仿真 NCG;`B`i  
— 电磁场分布 ^B}m~qT  
 建模/设计 %O"Whe  
— 场追迹： 4;CI<&S  
 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。 t8h*SHD9  
C58o="L3S  
2. 系统说明 nXoDI1<[  
Zl3e=sg=  
CM++:YvJ  
3. 模拟 & 设计结果 X9]} UX  
ryh"/lu[B  
4. 总结 9X;*GC;d  
N#"l82^H*  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 C~@m6K  
,*d8T7T  
第1步 L3xN#W;m7  
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。 EA8plQ~GtE  
0zSz[;A  
第2步 Dv/7w[F  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <,n:w[+!`P  
#G F.M,O/h  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 &?H$-r1/?V  
jaKW[@<  
应用示例详细内容 Xo~q
}(ze^  
6Q]c}  
系统参数 yF.Gz`yi  
]YFjz/f  
1. 该应用实例的内容 _0'X!1"  
6fo"k+S  
'b}RFzEn  
2. 设计&仿真任务 2(l0Lq*  
\ f+;X  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 qmFbq<&  
0NZ'(qf~9  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 o^UOkxs.  
_",(!(  
:dULsl$Nz  
4. 参数：SLM像素阵列 9
S}rTZkEq  
pY )x&uM!  
sfn^R+x4,9  
5. 参数：SLM像素阵列 tNzO1BK  
ui#nN  
.-tR <{ g  
应用示例详细内容 FP=- jf/  
xlwf @XW  
仿真&结果 ZZo<0kDk  
"D_:`@V(  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM PLs`Ci|`  
 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)。 SF-"3M  
 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。 Q> y!  
ez[x8M>  
2. VirtualLab的SLM模块 w[gt9]}N  

^#Q-?O  
JP6 Noia  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 wW\@^5  
 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。 54>0Dv??H  
} (-9d  
3. SLM的光学功能 9]IZ3 fQX  
a"U3h[;$y  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 QA0uT{x90  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 7A(4`D J  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 8o%Vn'^t  
rY^uOrR>j*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd MT>(d*0s  
1[Yl8W%pj  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 vMou`[\WlJ  
=oL:|$
Pj  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd E#(e2Z=  
Q2m
[XcnX  
4. 对比：光栅的光学功能 TA*}p=?6?!  
 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=
MW;]F  
 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。 ^\O*e)#*  
 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)。 >VIFQ\  
 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。 (b#M4ho*f  
 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。 _yN5sLLyb  
W1"NKg~4  
.p e3L7g  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd wQy~5+LE  
MSM8wYcD  
5. 有间隔SLM的光学功能 V9"R8*@-  
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)De+,!4  
` wEX;  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd "0;WYw?  
#?S"y:  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 lF/ Xs  
5O]tkHYR  
t.;._'  
6. 减少计算工作量 M]{~T7n-  
F6yFKNK!n  
采样要求： &&C70+_po  
 至少1个点的间隔(每边)。 Q}B]b-c+E  
 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。 8h=m()Eu  
hizM}d-"C  
采样要求： )GG9
[%H!  
 同样，至少1个点的间隔。 56s%Qlgx  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 RA<ky*^dr  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 =L#&`s@)_  
PV~D;  
 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。 l]zQSXip  
 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。 d38o*+JCf  
 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)。 *> nOL  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 bv]SR_Tiq  
TX$dxHSPK  
#b428-  
\w1XOm [)  
?eX$Wc{  
7. 指定区域填充因子的仿真 c;q=$MO`  

}gXhN"  
 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。 sHBTB6)lx  
 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。 Iv  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 #p*uk  
 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)。 o[Qb/ 7  
_p:n\9k  
Q+
Q"JU  
8. 总结 *\'t$se+  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Wu{_QuAB  
B$2GEg]Ri  
第1步 .E^w,
o  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ;[ Dxk$"  
J'ce?_\?PY  
第2步 ].J;8}  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 %Jh(5  
扩展阅读 M.y!J  
扩展阅读 "TaLvworb4  
 开始视频 l+2NA4s  
-    光路图介绍 xP>cQELot  
 该应用示例相关文件： %+Nng<_U\T  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 @R`6jS_gK  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 z0+JMZ/