[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) zx$1.IM"4  
CLmo%"\s  
应用示例简述 (_@]-  
.`_iWfK  
1. 系统细节 6jBi?>
[I  
 光源 1anh@T.  
— 高斯光束 EqtL&UHe  
 组件 ia_@fQ  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 .hG*mXw>  
 探测器 ?M|1'`!c8  
— 视觉感知的仿真 uxDM #  
— 电磁场分布 EFx>Hu/[G  
 建模/设计 _()1"5{  
— 场追迹： 'oY#a9~Z{  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 >W >Ei(f  
'Nt)7U>oC9  
2. 系统说明 O9>$(`@I  
} )Lz%Z  
Wq+GlB*  
3. 模拟 & 设计结果 `)cH(Rj  
Nc4;2~XwRp  
4. 总结 zdU46|!u  
Z|x
|8 !D  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ^vT!24sK  
RjvW*'2G  
第1步 -@_v@]:  
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。 !Tv3WQ@  
3+uL@LXd  
第2步 x$o^;2Z  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ?$)5NQB%  
\$.{*f   
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 7p]Izx8][  
w$9LcN  
应用示例详细内容 of_y<dd[G  
*@PM,tS;  
系统参数 \B84  
YK6'/2!  
1. 该应用实例的内容 yj_>G  
m#8[")a$"  
*n EkbI/  
2. 设计&仿真任务 ]7K2S{/o{  
9-{=m+|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。 I-r+1gty  
lTq"j?#E]m  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Q*%}w_D6f  
G'G8`1Nj  
:yD>Tn;1  
4. 参数：SLM像素阵列 V+lF|CZb5  
7LrmI~P  
37jxl+  
5. 参数：SLM像素阵列 0]
  
fM"*;LN!N  
]r|oNGD)G  
应用示例详细内容 \298SH(!7  
dV'EiNpf  
仿真&结果 }}tbOD)t  
U3V5Jor#  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM / 'qoKof  
 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)。 -%yrs6  
 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。 -g2l-N{&  
]n|Jc_Y  
2. VirtualLab的SLM模块 i}DS+~8v  

2NMs-Zs  
eyyME c!  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 'v V7@@  
 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。 b@;Wh-{d  
={ms@/e/T  
3. SLM的光学功能 \$wkr  
`nl n@ ;  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 [rT.k5_  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 OA[e}Vn  
 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。 DpgTm&}-  
nlNk  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 2Ckx.m&  
R);Hd1G  
 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。 Fa )QDBz)  
3@gsKtA&H4  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd (*9.GyK  
dg24h7|]  
4. 对比：光栅的光学功能 !o /=,ZIx  
 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。 9KXL6#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。 Q
- |Y  
 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)。 '*b]$5*p  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 VIT|#  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 Tf86CH=)5  
*i]?J  
Mu?|<#s  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd X@\W* nq  
g|>LT_  
5. 有间隔SLM的光学功能 Ur(R[*2bx  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。
C1k< P  
!5o j~H  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd }xk(aM_  
__g k:a>oQ  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 }uZs)UQ|$  
.$18%jH#  
ef7{D P  
6. 减少计算工作量 SeD}H=,@  
T-e
n|.  
采样要求： K($l>PB,y@  
 至少1个点的间隔(每边)。 \wK&wRn)  
 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。 t*gZcw5 r  
t}YcB`q)  
采样要求： @Vre)OrN#  
 同样，至少1个点的间隔。 e73=*~kfR  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 %f;dn<m=c  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 }5;4'l8  
6:ettdj  
 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。 K92j BR  
 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。 I=y7$+7%  
 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)。 d y HC8  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 1xB}Ed*k  
?b;2PH"  
~3F'X  
yQK{ +w  
1M]=Nv  
7. 指定区域填充因子的仿真 SYCL\b  
y[8;mCh  
 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。 4S<M9A}  
 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。 W[ l  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 >JyS@j}  
 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)。 PI9,*rOy  
vMTf^V  
5=pE*ETJ  
8. 总结 $UR:j8C{p$  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 q/#e6;x  
!dLu($P  
第1步 n i#jAwkN5  
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。 ldA_mj{  
0!hr9Y]Lx  
第2步 V8^la'_j  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ABWn49c.  
扩展阅读 M/N8bIC! Q  
扩展阅读 }[AaI #  
 开始视频 *uc/| c  
-    光路图介绍 |P >"a`  
 该应用示例相关文件： OQ-) 4Uk}  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 u8Ys2KLpL  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 (` *BZ_