[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) t'^/}=c-  
)8yNqnD  
应用示例简述 9\V^q9l  
)nQ.6  
1. 系统细节 n<?:!f`  
 光源 0Y
{A  
— 高斯光束 WUKYwA/t  
 组件 KATt9ox@  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 23zB@aE_?1  
 探测器 QD<f)JZK  
— 视觉感知的仿真 ^[2A< g  
— 电磁场分布  kf';"  
 建模/设计 k\A8Z[  
— 场追迹： _L9`bzZj  
 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。 b3W@{je  
LXrnAt  
2. 系统说明 .^ so
X}  
NeQ/#[~g  
5Osx__6$t  
3. 模拟 & 设计结果 ]JbGP{UiN  
o@vo,J
U  
4. 总结 L'.7V ~b{  
h>9GfF3  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 $0 eyp]XC\  
YuFJJAJ  
第1步 Ng2qu!F7  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 VD,g  
f
M6Pw6k  
第2步 YRqIC -_  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ckS.j)@.c  
}[k~JXt  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ,,OO2EgZ`  
O)n"a\LD  
应用示例详细内容 IZ/+ROn  
P-.>vi^+  
系统参数 Y:XE4v/)@L  
1Jjay#  
1. 该应用实例的内容 q{ i9VJ]  
S{&,I2aO  
(]>=y  
2. 设计&仿真任务 B|zJrz0q3  
)%I2#Q"Nt-  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 1YL6:5n  
!RN(/ &%y  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 fYBmW')  
gs7h`5[es  
~dg7c{o5  
4. 参数：SLM像素阵列 EBc_RpC/Z  
j#hFx+S  
7.`Fe g.  
5. 参数：SLM像素阵列 e0Zwhz,  
E
rnjIx:  
0Z$=2c?xT  
应用示例详细内容 ?RNm8,M  
>)\x\e  
仿真&结果 CY"&@v1  
j51Wod<[  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 0]p! Bscaf  
 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)。 LQ(z~M0B  
 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。 Q8OA{EUtq  
e=e^;K4  
2. VirtualLab的SLM模块 <pyLWmO  

845a%A$  
QhR.8iS  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 B)>r~v]  
 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。 o}O"  
<+o*"z\mI  
3. SLM的光学功能 n@>h"(@i  
$=3&qg"!  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ;r'y/Y'?  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 b|jdYJbol&  
 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。 ,41Z_h  
 qmQ}  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 0se0AcrW  
=Y!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=c=Pe"?u  
,t?c=u\5  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd }(tuBJ9  
4u0\|e@a  
4. 对比：光栅的光学功能 /6S% h-#\  
 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。 G4O $gg  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 IY_u|7d  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 yR}PC/>  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 ::?,ZA  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 J5Pi"U$FkY  
ygI81\D  
4PdJ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd CVxqNR*DN  
y-C=_v_X  
5. 有间隔SLM的光学功能 
xwvg@  
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。 ,yPs4',d  
XL=Y~7b  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd e8E*Urtz  
Qk`ykTS!  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Hg[g{A_G[  
R;y
i58Be  
.0ov>4,R  
6. 减少计算工作量 ,^Ug[pGG-  
4S9hz  
采样要求： 4DLp+6zP  
 至少1个点的间隔(每边)。  x&^>|'H  
 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。
oY NIJXln  
6>L)  
采样要求： vH[G#A~4  
 同样，至少1个点的间隔。 _Fc :<Ym?  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 /kZ{+4M  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 >{/As][  
$nf5bo/;  
 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。 %1JN%  
 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。 \}:RG^*m  
 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)。 *HC[LM  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 4k7 LM]  
E8gbm&x*  
85{2TXQ^%=  
T
{A5,85  
heizO",8.&  
7. 指定区域填充因子的仿真 xbTvv>'U  
E`A6GX  
 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。 (B/od#nU  
 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。 YZ0y_it)  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 
D
A9-F  
 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)。 7NQ@q--3s  
JkfVsmc<{h  
~k(4eRq  
8. 总结 /7`fg0
A  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 j Z6]G{  
.,vF%pQ  
第1步  UZ*
Yt  
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。 jIvSjlmI  
isF jJPe  
第2步 tJ qd
  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 :6T8\W  
扩展阅读 @nNhW  
扩展阅读 ~ZxFL$<'3  
 开始视频 h=x{ 3P;B  
-    光路图介绍 P&g.%8b~84  
 该应用示例相关文件： U%PII>s'#  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 C@P4}X0,=  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 g!![%*' b