[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) U &
RZx&W  
@.} @K  
应用示例简述 nJY3 1(p  

J*t_r-z  
1. 系统细节 rb*;4a  
 光源 75eZhs[b  
— 高斯光束 3|=L1Pw#  
 组件 <jG[ z69)  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 q,>4#J[2;s  
 探测器 sf8F h  
— 视觉感知的仿真 *+_+ZDU  
— 电磁场分布 ,$Xhwr  
 建模/设计 :H>0/^Mg0  
— 场追迹： F~?|d0  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 <aQ5chf7  
1t}  
2. 系统说明 *vOk21z77d  
f7:}t+d  
gl 27&'?E*  
3. 模拟 & 设计结果 :ka^ztXG  
@4=Az1W*  
4. 总结 7KN+ @6!x  
W~/{ct$Y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ;e$YM;;d  
5A+r^xN  
第1步 r0q?e`nsA  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 s&1
}^'|  
fT{%zJU  
第2步 Y|ErVf4  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 vsJM[$RF  
:D~J(Y2  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 <YvW /x  
lr]C'dD  
应用示例详细内容 %H4>k
#b@$  
^w_\D?  
系统参数 Rd[^)q4d$w  
GOD{?#
c$  
1. 该应用实例的内容 y7x*:xR[  
r9n:[A&HE  
MH|R@g  
2. 设计&仿真任务 zBc |
gx  
eU\XAN#@  
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。 lYS*{i1^ '  
Xn02p,,  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 yz=aJ v; H  
7m8(8$-
6  
6[-[6%o#z  
4. 参数：SLM像素阵列 onl,R{,`0  
CW -[c  
ZqXp f  
5. 参数：SLM像素阵列 f o idneus  
Xr
I$@e*  
a3L-
q>h  
应用示例详细内容 O=oIkvg  
._q<~_~R  
仿真&结果 ?hYWxWW  
`eeA,K_  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM "O~kIT?/v  
 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)。 E6zPN?\ <  
 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。 mJYD"WgY
 
<GLn!~Px@5  
2. VirtualLab的SLM模块 6zI}?KZf
 

g([M hf#  
e-#Vs{?|r  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 d>V#?1$h  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 %e:[[yq)G  
Kl<NAv%j  
3. SLM的光学功能 }ld^zyL  
6Ad=#MM  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 G&08Qb ,N  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 IyAD>Q^  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 Mbn;~tY>  
M0$E_*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd k 7:Z\RGy  
N_/+B]r }T  
 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。 tG~[E,/`  
%M:$ML6b<  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd wF3 MzN=%  
H
p@Q  
4. 对比：光栅的光学功能 x"r,l/gzy  
 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。 3-'3w,  
 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。 *%*Bo9a/  
 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)。 kK/XYC 0D  
 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。 ^?*<.rsG  
 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。 :(@P *"j  
TFAR>8Nm  
HiBI0)N}  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd XlnSh<e  
wB&5q!{!  
5. 有间隔SLM的光学功能 _!_1=|[  
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。 `3`.usw  
t7Mq>rFB  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 9ENI%Jz  
.R l7,1\  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Ks<+@.DLTu  
~+ 9vz  
pC #LQ  
6. 减少计算工作量 Y[H769  
IR#BSfBZ  
采样要求： J5';Hb)  
 至少1个点的间隔(每边)。 U`5/tNx  
 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。 i<):%[Q)>  
gA
% A})  
采样要求： fI1 9p Q  
 同样，至少1个点的间隔。 ZCViZWo  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 p_X{'=SQ1  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Y B,c=Wx  
dFA1nn6{  
 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。 r?!:%L  
 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。 WA0D#yuJ/  
 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)。 }r@yBUW  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 gS8+S\2
 
43]y]/d
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QZIzddwp  
r)OiiD"  
<XQwu*_\  
7. 指定区域填充因子的仿真 W6_rSVm  
jU* D  
 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。 DR,7rT{$  
 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。 {f@Q&(g  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ?
~4x/d%  
 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)。 5+;Mc[V3-  
#9Ect@?N0  
f*xr0l  
8. 总结 C ocw%Yl  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 &9|L Z9K  
0{vH.b @  
第1步 )RT?/NW  
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。 9 M%Gnz  
Pq8oK'z-  
第2步 9t6c*|60#n  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 H%gAgXHn  
扩展阅读 K&Bbjb_|  
扩展阅读 Y;%LwDC  
 开始视频 (CY D]n  
-    光路图介绍 CtV|oeJ  
 该应用示例相关文件： r-TrA$k  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 9}m?E<6&  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Mgi~j.[