[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) ?%
}!_F`h%  
|K06H ?6X  
应用示例简述 ^W,5A;*3  
V3cKbk7~  
1. 系统细节 zdd-n[%@V  
 光源  mPk'a  
— 高斯光束 .\glNH1d  
 组件 6/Xs}[iJ  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 3m`>D e  
 探测器 jWv'`c  
— 视觉感知的仿真 5UO+c(T  
— 电磁场分布 }Mt1C~{(  
 建模/设计 NX.xEW@  
— 场追迹： +8T^
q,  
 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。 bAGKi.  
uMS+,dXy  
2. 系统说明 h0@a"Dq
K  
RbXR/Rd  
%dFJ'[jDL  
3. 模拟 & 设计结果 6AGZ)gX  
"8{A4N1B5  
4. 总结 yy7(')wKO  
EZ]4cd/i  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 '2H?c<Y3  
k[;)/LfhS  
第1步 g-~ _gt7  
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。 L2ydyXIsd  
R=lw}jH[Z  
第2步 yJq<&g  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 yXJ25Axb  
h<`aL;.g  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 `KFEzv  
4JAz{aw'b  
应用示例详细内容 7GYf#} N  
KBmOi  
系统参数 {E:`  
Pc`d]*BYi  
1. 该应用实例的内容 :_~.Nt  
ir_XU/ve  
'z(Y9%+a  
2. 设计&仿真任务 3SP";3+  
O -1O@:}c  
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 iM ukd,  
e~N&?^M  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 :ZV|8xI  
}kqh[`:  
o$sD9x
x  
4. 参数：SLM像素阵列 usB*Wn8  
A'DFY {  
%8Ff
P5#  
5. 参数：SLM像素阵列 Sfz1p  
gEd A hfx  
tDX&~1s  
应用示例详细内容 zjQ746<&)i  
&Q883A J  
仿真&结果 -3{Q`@F  
rx1u*L  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM CUu Owx6%  
 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)。 hv|a8=U!R  
 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。 b>;?{  
FvpU]
 
2. VirtualLab的SLM模块
@:C)^f"  

Lq2Q:w'  
79v+ze  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 l{{,D57J  
 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。 |LZ;2 i  
_O`p(6  
3. SLM的光学功能 !p&<.H_  
Z7a@$n3h  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 i%K6<1R;y{  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 V*jl  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 # )y`Zz{h  
xE:jcA d$}  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd -V/y~/]J  
tO M$'0u  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 kpgA2u7  
EN!C5/M{&  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd FEjO}lTK  
W{F)YyR{.  
4. 对比：光栅的光学功能 5whW>T  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 dk|LC-]`A  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 ,*|Q=  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 rmX*s}B  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 * ,aF-  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 t*IePz]/  
):$KM{X  
rl|'.~mc  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd >v+1v  
U@Od
QAX  
5. 有间隔SLM的光学功能 "iSY;y o  
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。 Nny*C`uDF  
x%viCkq  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ${Un#]
g  
Bb/if:XS  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 [c,V=:Cq  
gi!_Nz  
Fv^zSoi2  
6. 减少计算工作量 *yhA8fJ  
JwSF}kNs}  
采样要求： xX<f4H\'  
 至少1个点的间隔(每边)。 z!g$#hmL>  
 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。 W.j^L;  
h4`8C]  
采样要求： XoKgs,y4  
 同样，至少1个点的间隔。 cGlN*GJ*H  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 )\1>)BJq  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 KQfWpHwfj  
;fNCbyg4 I  
 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。 t\Vng0  
 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。 ]o] VS  
 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)。 /8l-@P.o  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 jEBn"]\D  
r2RJb6  
M/o?D <'  
kLgkUck8]  
y0xBNhev  
7. 指定区域填充因子的仿真 Bp^LLH  
wkp2A18n  
 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。 U"G
xXrl  
 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。 h@ lz  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 "@G[:(BoB<  
 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)。 Ch"wp/[  
u> {aF{  
KU8,8:yY  
8. 总结 kkl'D!z2g  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 &wQ;J)13  
Ze0qRLuH!  
第1步 c+FTt(\8.  
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。 7NvKpinQ  
pT,8E(*l2  
第2步
zH1;h  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ~R|9|k  
扩展阅读 n-9xfn0U~#  
扩展阅读 #L.,aTA<  
 开始视频 m"!SyN}&9?  
-    光路图介绍 A+l(ew5Lw$  
 该应用示例相关文件： y(|#!m?@  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 l= {Y[T&  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 hV@ N-u^