[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) Vea2 oQq  
2o2jDQ|7  
应用示例简述 =?]H`T:  
"159Q  
1. 系统细节 '/8{Mx+  
 光源 -5vg"|ia,  
— 高斯光束 n-zAkKM  
 组件 M3 MB{cA2  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 q@k/"ee*?  
 探测器 }huj%Pnk)  
— 视觉感知的仿真 *-uA\  
— 电磁场分布 q:h7Jik  
 建模/设计 U )kl!  
— 场追迹： .n$c+{  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 6S K;1Bp-{  
|i_+b@Lul  
2. 系统说明 {txW>rZX  
o%3i(H  
uCkXzb9_z  
3. 模拟 & 设计结果 eXKpum~  
#+CH0Z  
4. 总结 6Qtyv  
O2xbHn4  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 >b\{y}[  
zF: :?L~  
第1步 de7 \~$  
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。 J9aqmQj('  
0zQ~'x  
第2步 xER-TT#S  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Q1kZ+b&  
DVJuX~'|!  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 TAL,(&[s  
x%h4'Sm  
应用示例详细内容 >EE}P|=-  
2i9FzpC3  
系统参数 K HyVI6N[  
l,fwF ua
 
1. 该应用实例的内容 r+TvC{  
g'X{  
K;8{qQ*  
2. 设计&仿真任务 J:Mn5hdK=  
)FQxVT,.  
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。 uNKf!\Y  
Fs$mLa  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 af@R\"N9c  
d+45Y,|  
hTc :'vq  
4. 参数：SLM像素阵列 g)!d03Qoy  
c1tM(]&  
d9iVuw0u<  
5. 参数：SLM像素阵列 a``/x_EZMn  
Y{KN:|i.!  
B_DyH C\<  
应用示例详细内容 :|\[a0ZL  
`}:pUf  
仿真&结果 D`'h8:\  
0g8ykGyx  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 4V<.:.k  
 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)。 y(<+=  
 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。 'QSj-  
&>n:7  
2. VirtualLab的SLM模块 b{BiC&3  

?%cZO"  
G#L6;  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 42f\]R,  
 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。 (I/ZI'Ydy  
y@h v#;  
3. SLM的光学功能 <<DPer2  
BN&eU'Dl]  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 fBb:J+  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Ip<~Y  
 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。 yxtfyf|9 '  
C%#w1k  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd TH"<6*f2L  
L)i6UAo  
 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。 e/uLBZ  
CZ!gu Y=  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd .unlr_eA  
!q~f;&rg  
4. 对比：光栅的光学功能 c8N pk<  
 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。 2Akh/pb  
 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。 ]n!oa  
 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)。 )gx*;z@  
 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。 SB|Cr:wM  
 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。 RDU 'l^  
x*!*2{  
R2==<"gq  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd aI>F8R?  
DW>O]\I  
5. 有间隔SLM的光学功能
|['SiO$)  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 G%junS'zt  
KBoW(OP4'  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 2eRv{_  
a$EudD#+  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ]|N"jr?7H  
peew<SX  
Y>{%,d#s_  
6. 减少计算工作量 `46|VQAx  
9.:&u/e  
采样要求： og1Cj{0  
 至少1个点的间隔(每边)。 %EYh*g{G  
 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。 8.&P4u i  
jgqeDl\=+  
采样要求： pJ x H
  
 同样，至少1个点的间隔。
/uPMzl  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 @nnX{$YX  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ]M 2n%9  
9 ge'Mo  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 u= Ga}  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 #sv:)p  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 1wE`
kbC<  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ^U^K\rq 1u  
XM3~]  
Abpzf\F  
9%dO"t$-q  
MH]?:]K9V  
7. 指定区域填充因子的仿真 x&N@R?AG1  

29W`L2L  
 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。 -j^G4J  
 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。 @7sHFwtar?  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 a~k*Gd(  
 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)。 >J,IxRGi  
3!Mb<W.3  
1`1Jn*|TI  
8. 总结 eH9
-GGr
 
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 {;38&Izwz  
Q@s G6iz  
第1步 m[w~h\FS  
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。 'h>l_A
 
yn2k!2]&T<  
第2步 xw*/8.Md6f  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 OYOczb]  
扩展阅读 >qdRqy)DC  
扩展阅读 aSeh?
2n8  
 开始视频 6f J5Y iQ  
-    光路图介绍 CelM~W$=u  
 该应用示例相关文件： lC^?Jk[N  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ]Gl5Qf:+z  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 i;67<f}-