[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) EpR
n,[  
H[s+.&^  
应用示例简述 KC; o
 
)YwEl72c  
1. 系统细节 Xl2g Hh  
 光源 CeOA_M  
— 高斯光束 />I5,D'h  
 组件 d>I)_05t  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统
aynaV  
 探测器 WzR)R
9x]  
— 视觉感知的仿真 v4E=)?  
— 电磁场分布 'xai5X  
 建模/设计 n2-+.9cY  
— 场追迹： rxol7"2l  
 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。 9?hF<}1XH}  
";&PtLe  
2. 系统说明 mT@Gf>}/A  
D}}?{pe  
Z-ci[Zv  
3. 模拟 & 设计结果 bG"FN/vg  
kk<%VKC  
4. 总结 :epB:r  
e~)4v  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 5QXU"kWH  
QaEiPn~  
第1步 jCtk3No  
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。 Bx}"X?%S  
+?3RC$jyw  
第2步 `%#_y67v  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 OOI
p)=4  
A_ &IK;-go  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Uv.Xw}q  
&-^*D%9  
应用示例详细内容 WhH60/`  
x4g6Qze  
系统参数 OA9P"*  
BHgs,  
1. 该应用实例的内容 =Oh$pZRymu  
P%yL{  
Z|UVH  
2. 设计&仿真任务 #k>n5cR@0  
("}Hs[  
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。 NW0se DL  
":/Vp
,g  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 a(O@E%|u  
U,yZ.1V^:  

6 mLC{X[  
4. 参数：SLM像素阵列 mP15PZ  
# Dgkl  
B[8RBTsA  
5. 参数：SLM像素阵列 G='`*_$  
1z2v[S&pk  
G] tT=X[  
应用示例详细内容 \j)c?1*$  
g]44|9x(W  
仿真&结果 B&59c*K  
0]DX KI  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM W6EEC<$JL  
 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)。 O(0a l#Fvj  
 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。 FO!0TyQ  
75R4[C6T  
2. VirtualLab的SLM模块 JF}i=}
 

W
}D[9zo/  
O\yYCi(  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 :u=y7[I  
 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。 ]moBVRd  
c"`HKfL  
3. SLM的光学功能 qa~ju\jm.  
fWfhs}_  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 :Zq?V`+M  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 }/NjZ*u  
 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。 {nA
+-=T  
{#z47Rz  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 5gx;Bp^_  
:|I"Em3R  
 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。 :nnch?J_  
=r`E%P:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd A9DF
ZZ0  
si]MQ\i+  
4. 对比：光栅的光学功能 {ByKTx&  
 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。 T72Z<h|<  
 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。 Te)%L*X  
 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)。 -2U|G  
 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。 FRPdfo37  
 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。 n3/Bs  
{}" <  
TK>~)hc}  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd D2MIV&pahP  
 UiK)m:NU  
5. 有间隔SLM的光学功能 2"Unk\Y  
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。 #>5T,[{?j  
98zJ?NaD&  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd LG("<CU  
@frV:%  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 |N^8zo :  
Uul5h8F  
9dp4&&Z+F  
6. 减少计算工作量 DYZk1  
JGzEm>_m  
采样要求： |w_l~xYV)  
 至少1个点的间隔(每边)。 @v/Ae_q!  
 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。 ] TZ/=Id  
Je'%E
J  
采样要求： pnv)D}"  
 同样，至少1个点的间隔。 G [yI[7=d  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 PP_ar{|7  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 &,/-<y-S  
7Z}T!HFMr  
 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。 8k Sb92  
 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。 +rr
A>~  
 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)。 O6q5qA  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 _t X1z^  
NPE 4@c_a@  
^v3J ld  
`RE K,^U  
>v/%R~BuX  
7. 指定区域填充因子的仿真 KC<K*UHPAH  
$O;a~/T  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 `[_p,,}Ir  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 skt9mU  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 W{}M${6&  
 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)。 E|VTbEYG  
=$kS
n\L,  
Ob|tA  
8. 总结 W>u$x=<T  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 3XUie;*`  
8feLhWg'P  
第1步 cdL0<J 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。 ?Bd6<F-G  
urD{'FQf  
第2步 +5Y;JL<%/  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 a7z%)i;Z  
扩展阅读 |[/XG2S  
扩展阅读 j  W-K  
 开始视频 J@q!N;eh|  
-    光路图介绍 j'SGZnsy*  
 该应用示例相关文件： - l0X]&Ex  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 y(**F8>?xE  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 NQd0$q