[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) ~F53{qxV  
Z4X, D`s  
应用示例简述 KYZ#.f@  
0K6My4d{  
1. 系统细节 eZ$M#I=o  
 光源
0~EGrEt  
— 高斯光束 LzJ`@0RrX  
 组件 #1C]ZV] B  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 w=CzPNRHH!  
 探测器 U{KnjoS  
— 视觉感知的仿真 1{5t.  
— 电磁场分布 *T#^|<.XG  
 建模/设计 cRMyYdJ o  
— 场追迹： [!>9K}z,=  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 5*f54g"'  
pH2/."zE<  
2. 系统说明 +~BP~  
H2oxD$s  
)Fp$ *]|  
3. 模拟 & 设计结果 ^Z
p  
SuB8mPn  
4. 总结 , O/IY  
]kXWeY<  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 C=|8C70[%N  
]=%6n@z'  
第1步 #s81k@#X  
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。 ij|>hQC5i  
{NQCe0S+p  
第2步 `|Hk+V  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 wx[m-\  
qp)Wt6 k?  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 o$Ylqb#  
)#8g<]q  
应用示例详细内容 xkw=os  
'l`prp3  
系统参数 @tPr\F  
rQ_]%ies8  
1. 该应用实例的内容 \gkhSL
q  
6D[
]Jf,9  
<5mv8'{L  
2. 设计&仿真任务  BdiV  
lz::6}  
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。 ^a`3)WBv8  
_9t1aP5  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 F~qZIggD  
)`(]jx!  
j
I0gf&v8  
4. 参数：SLM像素阵列 ez!W0  
Rzh.zvxTp  
9PACXW0  
5. 参数：SLM像素阵列 a;^lOU|L{  
 T&MhSJf#  
b>8TH-1t~  
应用示例详细内容 @&EIH,c  
xp'Q>%v  
仿真&结果 m2"e ]I
 
@MB)B5  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM +-(,'slov  
 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)。 Z)$@1Q4P?1  
 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。 H<n"[u^@E  
cV0CI&  
2. VirtualLab的SLM模块 )qw;KG0F  

D*[Jrq,  
1AN$s  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 O
sm))Ua(  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 j*gJP !  
7(X z%v  
3. SLM的光学功能 "f_qG2A{  
);VuZsmi  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 >;hAw!|#  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 CY
Q)'v  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 Dol{y=(3e  
{ri={p]l  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ;Su-Y!&%  
pc0{  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 v\4<6Z:4  
{4,],0bjx/  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd /z4c>)fV  
`R:W5_n  
4. 对比：光栅的光学功能 CX{6  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 Dqii60  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 D?"P\b[/  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 ?#xm6oe#aH  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 \>Rfa+  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 [SC6{|  
u "jV#,,  
qf\W,SM  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd
Jj+Q2D:  
M1xsGa9h&  
5. 有间隔SLM的光学功能 tx>7?e8E  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 irD5;xk([  
^ex\S8j  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd m<-!~ ew  
2O[sRm)  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ty.$H24  
f+uyO7  
MkoK(m{7  
6. 减少计算工作量 "4H@&:-(p  
 jK]1X8  
采样要求： 4xmJQ>/  
 至少1个点的间隔(每边)。 8I
/3T  
 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。 ,P`NtTN-  
5X)M)"rq;V  
采样要求： Dk^AnMx%_  
 同样，至少1个点的间隔。 2I}pX9  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 A8vd@0  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 4BCe;Q^6  
$$NWN?H~  
 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。 2.niB>  
 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。 ?#=xx.cF  
 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)。 Uc {m##!  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 VnsV&cx  
sb{K%xi%  
rN}
8~j  
2wY|E<E  
`hj,rF+4  
7. 指定区域填充因子的仿真 b~,e(D9DG  
Mt-r`W3 q  
 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。 +:;ddV  
 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。 lxL.ztL  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 `/>kN%  
 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)。 H)D|lt5xy  
'?veMX  
F&czD;F  
8. 总结 x5Lbe5/P  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 W^L^7  
6Bjo9,L  
第1步 5N|LT8P}Z  
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。 b`#YJpA  
C(
G.yd  
第2步 JpfA+r  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 BjvQ6M{Y"+  
扩展阅读 1 6zxPSTr}  
扩展阅读 (^}t  
 开始视频 JK =A=  
-    光路图介绍 ]64}Xob87_  
 该应用示例相关文件： 34u[#O{2  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 W`Gbo uxd  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 QLO;D)fC