[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) 09Y:(2Qri  
:*)b<:4  
应用示例简述 EtA,ow  
UQCond+K  
1. 系统细节 M,bcT
a8  
 光源 t++\&!F  
— 高斯光束 |p":s3K"Hy  
 组件 &A
~(9IV  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Q?-uJ1J  
 探测器 M
pLn)  
— 视觉感知的仿真 BaE}|4  
— 电磁场分布 =N{-lyr)  
 建模/设计 f9J]-#Iif  
— 场追迹：
*uMtl'  
 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。 [`=:uUf3  
O]\eMM&  
2. 系统说明 szD BfGd%j  
a8r+G]Z  
_tVrLb7`s  
3. 模拟 & 设计结果 $ iU~p  
? p^':@=  
4. 总结 |NaEXzo|qY  
,ikn%l#cm  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 btIh%OM  
[:-o;K\.-a  
第1步 ($:JI3e[;  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 8:4`q9  
h*?/[XY  
第2步 )z2hyGX  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 AC/82$  
YM]ZL,8  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 v0S7 ]?_  
]mmL8%B@_  
应用示例详细内容 OX/}j_8E^(  
E[E[Za^Y  
系统参数 7q,M2v;  
EL-1o02-  
1. 该应用实例的内容 xT1{O`  
9b*1-1
"  
SvR? nN|  
2. 设计&仿真任务 $N1UEvC%Q  
SH5G  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 8y, ]>n  
^zr]#`@G  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 |k^ *  
U4@W{P02  
_GK3]F0  
4. 参数：SLM像素阵列 Qv@Z#  
s8<)lO<SV.  
i
%)Nn^a;T  
5. 参数：SLM像素阵列 "?Cx4<nsM  
Hc{0O7  
h .Iscr^~  
应用示例详细内容 ]h$,=Qf hD  
xPi/nWl`|  
仿真&结果 8
?rRLM4  
'M#'BQQ5  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM C,xM)V^a  
 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)。 g.d%z  
 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。 l;dZJ_Ut$  
Vuqm{bo^  
2. VirtualLab的SLM模块 >9.xFiq<  

]7, mo  
zU9G:jH  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 0#rv.rJ{  
 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。 |[VtYV _{  
^{T3lQvt  
3. SLM的光学功能 x`vIY-DS  
m18If  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 TKsze]/q  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 oiq7I@Y`x  
 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。 qi\!<clv  
{g>k-.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd {zc<:^r^  
~\%MJ3  
 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。 heliL/  
GP5Y5)  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd <<da TQV  
l*|^mx^Q  
4. 对比：光栅的光学功能 JxP=[>I  
 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。 K`nI$l7hg  
 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。 :A,V<Es}I"  
 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)。 Fs_umy#  
 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。 "bRg_]\q6  
 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。 D@i,dPz5Zl  
.Y%)&  
V6,D~7  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd an 3"y6.8  
e'oM%G[  
5. 有间隔SLM的光学功能 N;A#3Ter  
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。 pHFh7-vj  
HV`{YuP  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd o
Vsj Q  
`CI9~h@k  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 0}YR=  
U
n#7@8,  
.F0V  
6. 减少计算工作量 k[l+~5ix  
b'^OW  
采样要求： Z1FO.[FV  
 至少1个点的间隔(每边)。 fv!l{  
 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。 \`#;J?Y|`F  
`)F lb|da  
采样要求： 2,O-/A;tW*  
 同样，至少1个点的间隔。 )EYsqj  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 J'4{+Q_pa  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 GdavCwJ  
~F*p
V*  
 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。 )p"37Ct?  
 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。 GV1\8OG7  
 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)。 ~1pJQ)!zlq  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 jMUE&/k  
$EbxV"b+  
J.:"yK""  
+vkqig  
!Y-MUZ$f  
7. 指定区域填充因子的仿真 #lQbMuR  
!%NxSJ  
 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。 FyYQ4ov0&o  
 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。 6rL'hB!!]*  
 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{!l
Lka  
 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)。 qt}vM*0}V  
M|FwYF^  
;)[RG\  
8. 总结 ?V#%^ 57p  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 673v  
{$>*~.Wu  
第1步 aZ2liR\QE  
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。 Eszwg  
F {]:  
第2步 A,MRK#1u  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 GY<Y,  
扩展阅读 Gu~y/CE'  
扩展阅读 |]DZc/  
 开始视频 B+ GPTQSTb  
-    光路图介绍 X.xp
'/d  
 该应用示例相关文件： -hL8z
$}  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Iqe4O~)  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 dnNC = siY