[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) \C6m.%%={R  
a
&cV@~  
应用示例简述 xAO]u[J  
r\1*N.O3|O  
1. 系统细节 \G"/Myi  
 光源 (l^lS=x  
— 高斯光束 V,"'k<y  
 组件 ejQCMG7  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 XDWERvIj  
 探测器 x~z 2l#ow  
— 视觉感知的仿真 rTJWftH!  
— 电磁场分布 "LWp/  
 建模/设计 GJ$,@  
— 场追迹： Y\=:j7'  
 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。 M]{!Nx  
hh{liS% 10  
2. 系统说明 e8#3Y+Tc  
{!S/8o"]  
M#p,Z F  
3. 模拟 & 设计结果 W | }Hl{}  
@88 efF  
4. 总结 ][mc^eI0s|  
2n=;"33%a  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 93dotuF  
|)_R bqZ  
第1步 vP2QAGk<  
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。 +u2Co_FJ&  
LKZI@i)  
第2步 &|4Uo5qS=Z  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 E.3}a>f  
d7P @_jO6  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ,+RO 5n  
r?TK@^z  
应用示例详细内容 f#t^<`7  
S#9SAX [  
系统参数 6.jZy~  
#jJcgR<  
1. 该应用实例的内容 l_%~X9"  
$5IrM7i  
("6W.i>  
2. 设计&仿真任务 r;C\eN  
a\w|tf  
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。 "=(;l3-o  
E-D5iiF  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 U!5*V9T~J  
m5pVt4  
-Tx tX8v  
4. 参数：SLM像素阵列 &>{>k<z  
4:']'E  
.7FI%  
5. 参数：SLM像素阵列 dWy1=UQfP  
4QNR_w
  
C":\L>Ax  
应用示例详细内容
mmL~`i/  
<3}l8Z  
仿真&结果 Wwha?W>  
*F*X_O  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM xW =$j|  
 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.  
 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。 Ji[g@#  
zIFL?8!H9{  
2. VirtualLab的SLM模块 (Y)h+}n5N  

%#9~V  
PNgMLQI6  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 GJs[m~`8#  
 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。 fJ2{w[ne  
[r8 d+  
3. SLM的光学功能 sV[Z|$&Z  
5-HJ&Q
 
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 dA/o4co  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 4d G-  
 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。 Pfx71*u,  
(N|xDl&;  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd |:+pPh!-  
o$VH,2 QF  
 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。 ~iZF~PQ1_  
rVy\,#|  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ;/ KF3 %  
vXyo  
4. 对比：光栅的光学功能 TSSt@xQ+  
 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。 vw] D{OBv*  
 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。 F
M"BTA:C  
 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)。 JK"uj%  
 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。 -Y?(Zz_w  
 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。 T1
HiHvJ  
y%bqeo L~  
D{c>i`\G  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd $Wzv$4
;  
Y0O<]2yVx  
5. 有间隔SLM的光学功能 h
X| UE  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 oy bzD  
S\g7wXH  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd <S@mQJS!y  
F>kn:I"X)  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 \w[ZY$/  
H0n@kKr  
8sF0]J[g{  
6. 减少计算工作量 p]|M
E  
'3UIri
Y6  
采样要求： R 4QwWSBJ  
 至少1个点的间隔(每边)。 soQzIx  
 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。 zGd*Q5l  
lEbR)B,  
采样要求： OGi4m |  
 同样，至少1个点的间隔。 ae#HA[\0G  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 I u~aTgHX%  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 %802H%+  
zHc4e   
 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。 rn[}{1I33Q  
 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。 ?Gv!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)。 $_7d! S"  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 $4*E\G8  
&Yks,2:P  
`{Di
*
 
K^& ]xFW  
*o\Y~U-so  
7. 指定区域填充因子的仿真 2X;0z$  
]#-/i2-K  
 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[qEY  
 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。 (9 z.IH7}k  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Ta\8>\6  
 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)。 RQ)!KlY  
2\CkX  
aU]O$Pg{  
8. 总结 F;&fx(  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 {9|$%4kRl  
qTa]th;  
第1步 ;0Ct\[eh  
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。 9s6>9hMb)  
GE8D3V;*V  
第2步 e5>5/l]jsg  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 # /,2MQ  
扩展阅读 `ToRkk&&>{  
扩展阅读 a.`JS  
 开始视频 -G<2R"Q#N  
-    光路图介绍 qqt.nrQ^  
 该应用示例相关文件： >&Ui*  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 >?{iv1  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 CWe>jlUQ