[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) nR o=J5tY  
L7Qo-  
应用示例简述 'je8k7`VA  
]M~8@K  
1. 系统细节 3V/_I<y  
 光源 U+.PuC[3  
— 高斯光束 Yz2{LW[K  
 组件 ,TF<y#wed  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 >G<\1R  
 探测器 Ehb?CnV#J  
— 视觉感知的仿真 $-$5ta{s  
— 电磁场分布 n9kd2[s|  
 建模/设计 tg7C;rJ  
— 场追迹： -_2Dy1  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 qSEB}1  
YER:ICQ  
2. 系统说明 AZxrJ2G  
3`&VRF8  
Y
_[g_  
3. 模拟 & 设计结果 @[d#mz  
;23=p=/h  
4. 总结 #D`S  
s?^,iQ+tp  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 .Lojzx  
Job/@> ;  
第1步 >.J'L5 x$  
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。 v[R_S  
5R,la\!bQ  
第2步 f\h%; X  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 E x_L!9>!  
C!!mOAhJ
 
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 D3%l4.h  
WYSck&9  
应用示例详细内容 J#6LSD@(O  
xik`W!1S  
系统参数 t-!Rgg$9  
G$cxDGo  
1. 该应用实例的内容 5Xwk*@t2a  
r~)VGdB+  
X!T|07#c  
2. 设计&仿真任务 |.j^
G2x  
/"(b.&  
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。 R `;o!B}[  
M} O[`Fx{W  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 'To<T  
|xq}'.C  
 pz$_W  
4. 参数：SLM像素阵列 xttYn]T  
BwJNi6,  
=f
o4x|{O  
5. 参数：SLM像素阵列 PdR >;$1  
dF$KrwDK  
%h0D)6j  
应用示例详细内容 >[K0=nA  
]a)IMIh;
 
仿真&结果 0HjJaML  
,MRvuw0P  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM @|^jq  
 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)。 YjFWC!Qj$  
 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。 +q7qK*  
#De(*&y2  
2. VirtualLab的SLM模块 3KtAK9PT  

HP;|'b  
9KXym
}  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 9 >%+bA(  
 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。 6mwvI4)  
8AryIgy>@  
3. SLM的光学功能 j?( c}!}  
n-d:O\]  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 VW{,:Ya  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Ga.0Io&}C  
 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。 Cgo9
rC~]  
U>oW~Z  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd N9pwWg&<+  

Q]/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。 NJ<N%hcjK  
D
0  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 3i6h"Wu`n  
=m~ruZ/  
4. 对比：光栅的光学功能 >ZX|4U[$P  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 ]s_@n!  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 `6P?G|'   
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 p/N62G  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 YN/u9[=`  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 )XpVu  
Y5n>r@)m  
n_J5zQJ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ~zMDY F"&  
B7|c`7x(  
5. 有间隔SLM的光学功能 Y3<b~!f  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 X>}@EH
T  
l/M[am  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd y[7C% Wj  
iyc$)"w  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 V;k#})_-  
$.9 +{mz  
%uua_&#)  
6. 减少计算工作量 z#RuwB+  
T!(sZf  
采样要求： ?]5Ix1  
 至少1个点的间隔(每边)。 {U^j&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。 e:BDQU  
$C$ub&D ~"  
采样要求： FD))'!>  
 同样，至少1个点的间隔。 1U'ZVJ5bpK  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 AC'lS >7s  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 %XR<isn  
>;7a1+`3  
 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。 tJAnuhX  
 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。 Bh,Q8%\6  
 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)。 @<a|  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 z>p]/Sa  
50*@.!^*  
D?mDG|Z  
uRpBeH]Z"  
w{r8kH  
7. 指定区域填充因子的仿真 bOb Nc  
?aFZOc4   
 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。 'B,KFA<
 
 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。 5D L,U(Y  
 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,/6B&|  
 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)。 ;Yv14{T!  
fdLBhe#9M  
) $J7sa  
8. 总结 8jNOEM(0Y+  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 gvlFumg
2  
7 OWsHlU  
第1步 C99&L3bz^(  
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。 Mt=R*M}D0  
x;(g  
第2步 3daC;;XO  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 kT2Wm/L  
扩展阅读 .6Fsw   
扩展阅读 &Sa~/!
M  
 开始视频 @k9Pz<ub  
-    光路图介绍 WL:0R>0  
 该应用示例相关文件： _ Mn6L=  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 +99Bi2H}o  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 7@3sUA_Go