[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) FZN}T{<  
c22L]Sxo  
应用示例简述 "Jg* /F  
l?KP/0`  
1. 系统细节 vH@b  
 光源 R".*dC,0'B  
— 高斯光束 3
#idXc  
 组件 jtPHk*>^wu  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 UbP$WIrq  
 探测器 q]v{o8:U  
— 视觉感知的仿真 
=9A!5  
— 电磁场分布 qR^+K@*|  
 建模/设计 u9{Z*w3L7  
— 场追迹： "SpsSQ  
 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。 sX(rJLbD  
`LJ.NY pP  
2. 系统说明 oMKGM@V  
,DCrhk
 
#3YYE5cB  
3. 模拟 & 设计结果 o6 8;-b'n  
cB2~W%H  
4. 总结 XpdjWLO]C<  
Jg@eGs\*  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 6W)#FO`  
kj`h{
Wc[)  
第1步 FZ
fhiIf  
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。 vcSb:('  
{QIdeB[  
第2步 LP}j0)n  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 r,ep{ p  
_j]vR  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 E>kgEfzxP  
"=UhTE  
应用示例详细内容 !-8y;,P  
$3(E0\#O  
系统参数 0fx.n  
D#11 N^-K  
1. 该应用实例的内容 3_Mynop  
MQVEO5  
W<H<~wf#  
2. 设计&仿真任务 cN| gaL  
Y%8[bL$ d  
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~{}jvc  
_@s
SVh$+  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 xUDXg*  
3NrWt2?  
:qvaI,  
4. 参数：SLM像素阵列 hFDo{yI  
vVH*\&H\T  
0|~3\e/QV  
5. 参数：SLM像素阵列 Yu|L6#[E  
I(+%`{Wv  
Ml+O - 3T  
应用示例详细内容 -nk0Q_7N  
 -to3I  
仿真&结果 }z_7?dn/  
kDWvjT  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM <nF1f(ky  
 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)。 qZX\riR  
 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。 %>,Kd6bdg  
Cx ;n#dn*  
2. VirtualLab的SLM模块 t<znz
6  

?^ `EI}g  
tN&X1  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 3NgyF[c  
 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。 Ufe@G\uyI  
G4)X~.Fy  
3. SLM的光学功能 qr?RU .W  
8[H)tKf8  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 >FReGiK$T  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ?.,2EC=+  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 3 ~\S]  
.0]Odf:@  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd TRQH{O\O  
x%,!px3s  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 1'9YY")#  
*x&y24  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd JAI;7  
D,, x<JG|  
4. 对比：光栅的光学功能 n;*W#c  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 j'|`:^ Sy  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 \m1jV>q  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 x-@6U  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 ri1:q.:I]  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 6#1:2ZHKG  
gR8vF  
*\F,?yU  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 3ypf_]<  
JiCy77H  
5. 有间隔SLM的光学功能 -LEpT$v|  
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。 IP l]$j>N  
3(>NS?lX  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd JbEQ35r
  
1<3!  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 f7j9'k  
F(;C \[Ep  
&p:GB_  
6. 减少计算工作量 >O}J*4A>+#  
&Ch~$Wb^  
采样要求： Z1M{5E  
 至少1个点的间隔(每边)。 =E' .T0v  
 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。 *p7_rY  
%%f(R7n  
采样要求： b0R{cj=<[  
 同样，至少1个点的间隔。 \9s x_T  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ~3s\Q%   
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Com`4>0>I  
2Jc9}|,  
 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。 [49Ae2W`  
 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。 9U~sRj=D  
 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|qUVD5Ic  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 <
Z8^.t)|  
dNgjM Q  
lF
.yQ  
:_"%o=  
'K|tgsvgme  
7. 指定区域填充因子的仿真 Hnc<)_DF  
j\.\ePmk]  
 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。 lM-*{<B  
 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。 wQ/Z:  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 \Yd 0oe82  
 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)。 Bwg\_:vq
 
qI#ow_lL#  
JLH,:2  
8. 总结 ,?zOJ,wl  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ZMI vzQYI  
<<.%Gk  
第1步 N(BCe\FV  
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。 qb1[-H  
LX_{39?<{  
第2步 Wg ?P"  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 N
_),'2  
扩展阅读 Jdp@3mP  
扩展阅读 CxRhMhvP  
 开始视频 wx%TQ!  
-    光路图介绍 auT
'ATW7i  
 该应用示例相关文件： .WT^L2l%  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Kk_h&by?  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 a#G]5TZ