[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) jNP%BNd1f  
oqy}?<SQ  
应用示例简述 ]}BT'fky#  
7
R>Pk9J  
1. 系统细节 Dqm;twd>  
 光源 VY "i>Ae  
— 高斯光束 pAc "Wo(Q  
 组件 x: 2 o$+v3  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Xldz&&@  
 探测器 8\CmM\R  
— 视觉感知的仿真 6q~*\K
Rk
 
— 电磁场分布 f=nVK4DuZ  
 建模/设计 oCuKmK8  
— 场追迹： mf)E%qo  
 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。 K?acRi  
XN~r d,MZ%  
2. 系统说明 4$8\IJ7G  
,98`tB0  
oOHr~<  
3. 模拟 & 设计结果 t}-rN5GO  
^|=3sJ4[U  
4. 总结 `rI[   
 WfkP  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 %1e{"_$O9  
VseeU;q
 
第1步 d]QCk&XU  
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。 O@? *5  
+v"%@lC};  
第2步 lcEin*Oc  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [Xo}CU  
wM&W
R2  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 </Ry4x^A  
?\![W5uuXG  
应用示例详细内容 ]LZ,>v  
{Aq:Kh`&  
系统参数 {-)*.
l=  
\o{rw0w0  
1. 该应用实例的内容 7NDjXcuq  
RT+_e  
.3,6Oo  
2. 设计&仿真任务 /V)4B4  
$(eqZ<y  
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。 bdkxCt  
{aq}Q|?/  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 xEvm>BZi  
yaKw/vV  
iZDZ/hohv  
4. 参数：SLM像素阵列 ,7|Wf %X  
sn?YD'>k  
Y'v;!11#  
5. 参数：SLM像素阵列 5WG:m'$$  
D!CuE7}  
_f@, >l  
应用示例详细内容 &%`Y>\@f  
*q |3QHZ  
仿真&结果 DB;Nr3x  
MJ0UZxnl  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ~7Jj\@68  
 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)。 [*AWCV  
 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。 gtV*`g  
,7nA:0P  
2. VirtualLab的SLM模块 ![a~y`<K,  

<{UjO  
W;@9x1jKX  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 "/}cV5=Z  
 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。 eGh7,wngH  
1I -LGe[Q  
3. SLM的光学功能 .WT^L2l%  
FkJ
X)  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 [.`%]Z(  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ;5
wr5H3  
 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。 &b7i> ()  
%:WM]dc  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd F_&bE@k  
-*r]9f6x  
 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。 ]J* y`jn  
c/\$AJV.H  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ~M4@hG!  
s.7s:Q`  
4. 对比：光栅的光学功能 ,t=12R]>  
 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。 K0Zq)<  
 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。 2?bE2^6  
 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)。 J%n{R60b  
 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。 Nu%:7  
 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。 `Ufv,_n  
t@O4!mFH  
g2'Q
)w  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Ud8*yB  
(66DKG   
5. 有间隔SLM的光学功能 <7%4=  
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。 tuiQk=[c  
q4rDAQyPO  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ']]&<B}mz  
&G"r>,H
U  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ^3:DeZf!u  
4/Bn9F  
^sjL@.'m$N  
6. 减少计算工作量 ef;Ta|#  
66+y@l1  
采样要求： 23;e/Qr  
 至少1个点的间隔(每边)。 _\tGmME37  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 qJ|n73yn  
P6E=*^^m(  
采样要求： 3oCw(Ff  
 同样，至少1个点的间隔。 k9^Vw+$m  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 M5Twulz/w  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 f @cs<x  
C;jV{sb9c  
 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。 Q&9%XF uM  
 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。 iC{~~W6  
 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)。 P"g Y|}|  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 +HK)A%QI  
h
R$lX8  
dLSnhZ  
cc%O35o  
f~.w
2Cna  
7. 指定区域填充因子的仿真 jbHk  
N&0MA  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 H<SL=mb;  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 '1}rQqZ  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Hhbf9)  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 x\Y%/C[Kc  
yt&eY6Xp  
#c0 dZ  
8. 总结 xmDX1sL**  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 PSdH9ea  
4nh
e *ip  
第1步 5g-apod  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 3"gifE  
p0.?R  
第2步 (jD..qMs#  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 f$E66yG
 
扩展阅读 (/_Q r2KfC  
扩展阅读 W7as=+;X  
 开始视频 j}R
4mh  
-    光路图介绍 {/BEO=8q2  
 该应用示例相关文件： f=}Mr8W'  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 G
c9^Z=  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 OvPy+I