[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) (V+iJ_1g{  
'St\$X  
应用示例简述 Z0%Qy+%  
f9&po2Pzf  
1. 系统细节 6/thhP3`-  
 光源 };;6706a  
— 高斯光束 A@lY{e  
 组件 ib)AC,LT  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 !tofO|E5  
 探测器 zINziAp{  
— 视觉感知的仿真 tqe8:\1yK  
— 电磁场分布 41`&/9:"_M  
 建模/设计
q--;5"=S  
— 场追迹： '&$xLZ8  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 ~~'UQnUN4  
t1tZ
:4  
2. 系统说明 1 9C=' TMS  
9i+SU|;j  
"Dwaq*L  
3. 模拟 & 设计结果 C_DXg-a2lu  
tO^KCnL  
4. 总结 eyGY8fF8$  
eE-@dU?  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 A5> ,e|  
ww"HV;i  
第1步 9nPc>O$  
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。 2oFHP_HVfu  
/?j vv&  
第2步 =9JKg4I6  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ?N*|S)B
N  
`by\@xQ)  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 SBBi"U:  
#2023Zo]  
应用示例详细内容 yqw#= fy  
gf8DhiB  
系统参数 8E| Nf  
jQiKof>  
1. 该应用实例的内容 JW4~Qwx  
4>&%N\$*  
80M"`6  
2. 设计&仿真任务 "NamP\hj  
>f$>Odqe  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 4j'cXxo  
Q,mmHw.`J  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 (ft8,^=4  
Sp=6%3fZ]m  
 !Z'x h +  
4. 参数：SLM像素阵列 D|}%(N@sl  
E$'Zd,|f=  
g= ql 3N  
5. 参数：SLM像素阵列 $i+ 1a0%n  
 Wb/q&o  
<Yk#MeiEp  
应用示例详细内容 xmEmdOoD  
yqm^4)Dp  
仿真&结果 2,Og(_0>  
Xk_xTzJ  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM E K)7g~  
 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)。 I'h6!N"  
 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。 2?9SM@nAY  
+d0&(b  
2. VirtualLab的SLM模块 Ls#=R  

^f-?xXPx  
+|N!(H  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 |[tlR`A$  
 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。 gm63dE>  
8T:|~%Sw  
3. SLM的光学功能 ,&;#$ b5  
]F5qXF5  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 8
]N  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 8v},&rhPQq  
 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。 <wt#m`Za  
8Q&hhmOnz  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd Y7yh0r_  
R)AFaP |  
 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。 ]
E1aIt  
d?RKobk  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd G
B1[`U%  
S(^*DV  
4. 对比：光栅的光学功能 {CM%QMM  
 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。 =gCv`SFW  
 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。 J 00%,Ju_  
 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)。 =rV*iLy  
 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。 xD}ha  
 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。 EROf%oaz=  
<n iq*  
/;t42 g9w  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 7-"ml\z  
P#/k5]g  
5. 有间隔SLM的光学功能 K<O1PrC  
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。 T-)Ur/qp  
FqOV/B /z2  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ]VifDFL
}  
N@$g"w  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 !@9Vq6  
M^\#(0^2@  
`B+P$K<X  
6. 减少计算工作量  7(;M  
X'4g\)*  
采样要求： ?*I2?   
 至少1个点的间隔(每边)。 d`D<PT(\  
 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。 seh1(q?Va4  
eeX^zaKl]  
采样要求： DGl_SMJb  
 同样，至少1个点的间隔。 kw8?:: <  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Xqt3p6  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 &>UI{  
]de'v  
 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。 WQ/H8rOs  
 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。 @EZ@X/8{&  
 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)。 ^EGe%Fq*x]  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 D2o,K&
V  
1ID0'j$  
9Xb,Swo~  
isaDIl;L/  
UPs*{m  
7. 指定区域填充因子的仿真 z;6Tp  
XK[cbVu  
 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。 8A{n9>jrb  
 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。 ~y.{WuUD  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 5mwtlC':l?  
 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)。 vdFy}#X  
R}MdBE  
V)M+dhl  
8. 总结 R[Q`2ggG  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 (H/JB\~r  
3+mC96wN  
第1步 3.M<ATe^  
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。 lP*_dt9  
%$/t`'&o-  
第2步
j(4BMk  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 }J27Y;Zp9  
扩展阅读 b/IT8Cm3  
扩展阅读 ^&oa\7<'  
 开始视频 Mg?^5`*  
-    光路图介绍 ~1xln?Q  
 该应用示例相关文件： 0d!1;jy,T  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 BdcTKC  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 _5'OQ'P2