[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) f,'gQ5\ X3  
^Gc#D:zU  
应用示例简述 pDlU*&  
xU4,Rcgo  
1. 系统细节 "w#jC~J<W  
 光源 biy1!r  
— 高斯光束 nwOT%@nw  
 组件 A.@
S>H'P  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 {=5Wi|  
 探测器 L{py\4z'_  
— 视觉感知的仿真 +=v6*%y"V  
— 电磁场分布 HB}!Lf#*P  
 建模/设计 :`~;~g
W<  
— 场追迹： 0=3Av8  
 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。 |;XkU
`G  
dWhki|c  
2. 系统说明 nU{}R"|  
o(=\FNe  
8CR b6  
3. 模拟 & 设计结果 TC7Rw}jF  
-RisZ-n*  
4. 总结 .DzFtc  
R/&Ev$:  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 9A@/5Z:v5W  
E;Akm':  
第1步 +j*hbG=  
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。 T}%8Vlt]  
\yIan<q  
第2步 $e bx  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 e} =tUdDf  
v{/z`J!JR  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 S?ypka"L  
@WmEcX|  
应用示例详细内容 f-lM[\ma_  
'<}N`PS#N  
系统参数 &!|'EW  
qhFWQ1W  
1. 该应用实例的内容 381
a(F[$e  
R^DZ@[\iV  
7+!4pf  
2. 设计&仿真任务 ;'E1yzX^  
Fx6c*KNX3  
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。 S}@J4}*u["  
q%g!TFMg  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 cPFs K*w  
}XJA#@  
5G >{*K/  
4. 参数：SLM像素阵列 g4Y1*`}2f  
nY]5pOF:  
~F gxhK2+  
5. 参数：SLM像素阵列 ;\[n{<   
>S<`ri'5_  
#(i9G^K  
应用示例详细内容 S.u1[Yz^  
V7+fNr]I  
仿真&结果 Zb p+b;  
Aoi)11>  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM } D'pyTf[  
 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)。 T?4pV#  
 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。 ^Z dDs8j  
XfYMv38(  
2. VirtualLab的SLM模块 =tkO^  

Mm&#I[:  
G+?Z=A:T8  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 y\?T%g  
 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。 T[M:%vjYF  
Fv| )[>z0  
3. SLM的光学功能 tsYBZaH  
Gx&o3^t  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 VxgP^*  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 i[IOR0  
 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。
hDn?R}^l{  
\LN!k-c  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd jDWmI%Y.  
"!g}Q*  
 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。 bfE4.YF  
!R`E+G@  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Em<B9S  
?:sk [f6  
4. 对比：光栅的光学功能 SS)9+0$  
 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。 6Z}8"VJr {  
 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。 PLb[U(
~
 
 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)。 k_o$ Ci  
 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。 8q}955Nl  
 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。 ij=_h_nA  
*eF'<._[U  
A$7j B4  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd sB~|V <  
e+TSjm  
5. 有间隔SLM的光学功能 9I|D"zXn  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 {V7W!0;!  
GJ9'i-\*\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd *!m
\%*y
{  
~Y_5q)t(  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 es6]c%o:t^  
{%&!x;%  
q*^m8  
6. 减少计算工作量 wni^qs.i@3  
1(diG&  
采样要求： >d9b"T  
 至少1个点的间隔(每边)。 5qL;@Y  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 )8Jf
Bz
R  
]YciLc(  
采样要求： "XB6k0.#  
 同样，至少1个点的间隔。 Fy#7<Hp  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 SR$?pJh D%  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 d(_;@%p1X  
W[G5+*i  
 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w  
 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。 8=-/0y9,  
 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)。 &-c{  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 (R|_6[zy  
d1>L&3HKx  
X 2Zp@q(  
|I2~@RfpO:  
cl{kCSZo.z  
7. 指定区域填充因子的仿真 k+
+
"  
f5`q9w_c  
 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。 T!2gOe  
 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。 !<UdG+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。 ;[q>  
 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)。 NcyE_T  
[NU@A>H  
sHPK8Wsg  
8. 总结  5?34<B  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 mcb|N_#n/  
A5IW[Gu!  
第1步 \^3cN
w  
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。 n48%Uwa,  
] ]lN[J  
第2步 bNG7A[|B  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 EG J/r  
扩展阅读 u):Nq<X  
扩展阅读 xxZO{_q  
 开始视频 LJwy,-  
-    光路图介绍 BMH?BRi  
 该应用示例相关文件： !a7YM4D  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ?hOvY)  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 S^7u`-