[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) IS&`O=7  
(&x~pv"+  
应用示例简述 &M>S$+I n  
"oz@w'rG  
1. 系统细节 ,Lv}Xku  
 光源 FAM`+QtNw  
— 高斯光束 G8u8&|  
 组件 e"r}I!.  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 <$?:|  
 探测器 O b8[P=  
— 视觉感知的仿真 V.y+u7<3}  
— 电磁场分布 #cdLg-v  
 建模/设计 =v:_N.Fh-c  
— 场追迹： QMtt:f]?i  
 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。 ATnD~iACY  
]2h[.qa  
2. 系统说明 wW%I <M  
L
j~lfO  
l06 q1M 3  
3. 模拟 & 设计结果 ykM#EyN  
K"}Dbr  
4. 总结 @lTUag'U0  
7y[B[$P  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 @b>]q$)(}  
]m4LY.SQ  
第1步 //J:p,AF  
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。 N23s{S t  
vnN_csJ#^  
第2步 U">OdoZ,E+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 @=;6:akz`  
aNqVs|H  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Lvp/} /H/  
r#Pd
@SV  
应用示例详细内容 Ce:R p?  
Ev^Xs6 }"  
系统参数 5Q%#Z L/'  
9&d BL0  
1. 该应用实例的内容 il#rdJ1@t  
W2<X 5'  
yBl<E$=  
2. 设计&仿真任务 kBONP^xI  
\]9;c6(  
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。 92SB'T>  
piId5Gx7  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 wZC'BLD  
%kcg#p+tE  
{^\-%3$  
4. 参数：SLM像素阵列 bTiw?i+6Dv  
B"qG-ci  
4;*V^\',9  
5. 参数：SLM像素阵列 zu^ AkMc  
>N,G@{FR  
%]R#}amW  
应用示例详细内容 xJ"KR:CD>  
Ja (/ym^  
仿真&结果 ALwuw^+  
V`H#|8\i  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM /tUl(Fp J`  
 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)。 l,X;<&-[  
 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。 =.o-R=:d  
q@\_q!  
2. VirtualLab的SLM模块 )8<X6  

9:Y:Vx
  
iM9563v  
 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}%fs *  
 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。 pP r<8tm[  
AzV5Re8M  
3. SLM的光学功能 n;=A'g|Q  
-m@s 9k  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 kN^)6  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 :1{j&$  
 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。 ms{R|vU%b  
nY8UJy}<oL  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd p']AXJ`Z  
=;`YtOL  
 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。 ,qfa,O  
i f"v4PHq  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd VsmL#@E  
dL
\8^L  
4. 对比：光栅的光学功能 {L=[1  
 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%3{aa  
 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。 3(&.[o Z  
 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)。 xL BG}C  
 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。 %b?Pasf.  
 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。 }ot _k-  
9?:S:Sq  
<oO,CXF  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd W"*R#:Q  
ZX0c_Mk=  
5. 有间隔SLM的光学功能 m7"f6zSo(  
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。 S3_4i;K\  
&8pXkD#A  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd Qx6/QaS?  
]M2<I#hF.  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 zfZDtKq  
n1t(ns
|  
}*'ha=`J  
6. 减少计算工作量 |rvrSab)  
TH|hrL;:8  
采样要求： Z C93C7lJ  
 至少1个点的间隔(每边)。 6ZR0_v;TD  
 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。 (2li:1j  
v2{O67j} o  
采样要求： @NIypi$T  
 同样，至少1个点的间隔。  SoX V  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ]cr;PRyv  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 (HI%C@e9  
~Hs{(7  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 5avO48;Vc  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 4I*Mc%dD  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 `k&K"jA7$  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 qJA.+q.e$e  
sJoi fl 7  
DKl7|zG4  
0I((UA/7Zs  
GU3/s&9  
7. 指定区域填充因子的仿真 5B 7*Z  
pG @iR*?  
 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。 IFxI>6<&  
 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。 1VFqT'  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ?6d4T  
 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@$4.BGcF  
)^H9C"7T  
;#
9|l=  
8. 总结 6t:c]G'J  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 MuGg z>CV[  
8>q%1]X  
第1步 "6yiQ\`J  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 qD*\}b]9I  
%>2t=)T  
第2步 A=UIN!  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 A#S:_d  
扩展阅读 /zf>>O`  
扩展阅读 L_"(A #H:  
 开始视频 gF6j6  
-    光路图介绍 k{jw%a<Sc  
 该应用示例相关文件： c)MR+'d\WO  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 2nkj;x{H$  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 K9Xd? ]a