[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) Olq`mlsK  
w8-L2)Q}I  
应用示例简述 z`|E0~{-  
/oU$TaB>(  
1. 系统细节 tkhEjTZ  
 光源 )B Xl|V,  
— 高斯光束 V8z*mn
D  
 组件 zXeBUbVi  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Dzw>[   
 探测器 IpsV4nmnz-  
— 视觉感知的仿真 d#HN'(2t  
— 电磁场分布 /_/Z/D!  
 建模/设计 <Ow+LJWQK  
— 场追迹： NJ!}(=1|K  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 +PHuQ  
toC|vn&P  
2. 系统说明 g_MxG!+(V  
 ev(E  
H~ =;yy  
3. 模拟 & 设计结果 SQf.R%cg$  
N_y#Y{c{(  
4. 总结 sQa9M  
ltmD=-]G_  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Z4PAdT  
D?9EO=  
第1步 @S Quc  
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。 ~RnBs`&!  
lKy4Nry9  
第2步 m\J"P'=  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 U,^jN|v  
Z+! 96LR  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 T04&Tl'CT  
FGRG?d4?h  
应用示例详细内容 Yk#$-"c/a  
<p8>"~R  
系统参数 hHqsI`7
c  
SCD;(I~4  
1. 该应用实例的内容 \!'K#%]9  
4fdO Ow  
&Zm1(k6&K  
2. 设计&仿真任务 %Z#[{yuFs  
,koG*sn  
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。 Hbz,3{o5  
M9sB2Ips<  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ~Uaz;<"j0  
F5f1j]c  
}zV#?;}  
4. 参数：SLM像素阵列 kX]p;C  
J~rjI24  
U7Pn $l2!  
5. 参数：SLM像素阵列 |:d:uj/  
`v$Bib)  
dZjh@yGP.  
应用示例详细内容 sh8(+hg  
qt#4i.Iu+  
仿真&结果 bR? $a+a)  
%c,CfhEV%&  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM m3iB`  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 qy~@cPT  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 JQWW's}  
H3"D$Nv  
2. VirtualLab的SLM模块 h}(GOYS)  

 Ry iS  
i"C?6R
 
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 I~I$/j]e`  
 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。 ^,;8ra*h  
$;%dQ!7*  
3. SLM的光学功能 t>>\U X  
)v?-[ oR  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 2T#>66^@q  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 $8,/[V A  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 4'-GcH  
qfzT8-Y  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd |MXv  w6P  
2VNfnk  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 eFeWjB'<7  
z@S39Xp==  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd z;EnAy{9  
0NWtu]9QC  
4. 对比：光栅的光学功能 9d!}]+"d42  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 /!Kl  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 d[
.JEgU  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 6M758K6v  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 PNMf5'@m  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 -"e$ VB  
s%R'c_cGZ  
)z#M_[zC>  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd F DCHB~D  
S4Vv _k-&  
5. 有间隔SLM的光学功能 Q-GnNT7MB3  
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。 (e;9,~u)  
:+>:>$ao  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd `FM^)(wT  
Wd_cNR
\  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 r?=7#/]  
Soa5TM  
[oQ&}3\XJ  
6. 减少计算工作量 |cBpX+D  
!*gTC1bvB  
采样要求： O$=)  
 至少1个点的间隔(每边)。 6uijxia  
 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。 z!I(B^)BkT  
x@]pUA1  
采样要求： JDzkv%E^  
 同样，至少1个点的间隔。 9GZKT{*  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 q(yw,]h]{  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 K>`7f]?H*e  
#?z1cgCg  
 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。 &n:F])`2  
 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。 7^J-5lY3S  
 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)。 zAxwM-`  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 !Fz9\|  
t'EH_U  
E5M*Gs  
/N ^%=G#  
9J?G
"JV?  
7. 指定区域填充因子的仿真 {Z_Pry$6  
~qiSkG  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 P~0d'Oi  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 khb Gyg%  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 *s6MF{Ds  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 96Tc:#9i  
<oSk!6*  
PaEsz$mgy  
8. 总结 B*owV%  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 e6f!6a+%  
%Ya-;&;`  
第1步 {A(=phN  
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。 0=8.8LnN(  
OX?9 3AlG  
第2步 -NVk>ENL4  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 5|-(Ic  
扩展阅读 -9U'yL90B  
扩展阅读 O329Bkg  
 开始视频 Y1 i!  
-    光路图介绍 V&_5q`L  
 该应用示例相关文件： C<6IiF[>%  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 =ot`V; Q>  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 h.QKbbDj