[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) 4}LF>_+=  
|I\A0aa  
应用示例简述 <Z8] W1)  
F[=m|MZb  
1. 系统细节 @&ZTEznbyt  
 光源 h5F'eur  
— 高斯光束 *VlYl"  
 组件 ?ha}&##  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ~$\j$/A8/  
 探测器 X3m?zQbhv  
— 视觉感知的仿真 ygfqP  
— 电磁场分布 Fc
r@Un'  
 建模/设计 c&Zm>Qo[  
— 场追迹： oNU* q.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。 ;W+-x]O  
17i^|&J6}:  
2. 系统说明 ;%Da {  
?*s!&-KI  
F{"%ey">  
3. 模拟 & 设计结果 I@S<D"af  
F>b6fUtR  
4. 总结 0&nF Vsz  
:9h8q"T  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 &"
kx(B  
{f&ga  
第1步 Q~@8t"P  
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。 )[K3p{4  
j d81E  
第2步 z>0"T2W y  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Q]7Q  
qJ/C*Wqic  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ww,c)$  
l46F3C|  
应用示例详细内容 lhI;K
4#  
6+u'Tcb  
系统参数 K?tk&0  
$"FdS,*qKl  
1. 该应用实例的内容 j
FXU xf  
+i>q;=~  
h[8y$.YsC  
2. 设计&仿真任务  j%}Jl  
LXfiSM{o  
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。 _-&.=3\1  
heKI<[8l  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 31*6 ;(  
Xp~]kRm9  
_Nn!S
E  
4. 参数：SLM像素阵列 84[^#ke  
*YtNt5u  
fEjW7 c  
5. 参数：SLM像素阵列 O%&@WrFq  
Vw*x3>`  
^8
m+*t  
应用示例详细内容 RrHnDO'  
g=C<E2'i*  
仿真&结果 %8L<KJd  
S2R[vB4).  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM CP#79
=1  
 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)。 2jW>uk4/i  
 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。 K*Jtyy}r  
9^ r  
2. VirtualLab的SLM模块 Ng"vBycy  

&XsLp&Do2  
QVW6S
Y  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 j1F+,   
 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。 %jxuH+L   
=b7&(x  
3. SLM的光学功能 BB.TrQM.#  
.NT&>X~.V  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 gn"&/M9E  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 w4'K2 7  
 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。 V@S/!h+  
k^pu1g=6I  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd A7C+&I!L  
{_Qxe1^g  
 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。 hPxI& :N  
*$(CiyF!  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 1[l>D1F?  
-YV4  O  
4. 对比：光栅的光学功能 =BS'oBn^6  
 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。 <S$21NtM87  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 winJ@IYW  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 zt2-w/[Q  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 A{2$hKqHi  
 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。 j#,M@CE  
? SP7vQ/  
t4@g;U?o  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd t4/eB<fP  
o'7ju~0L  
5. 有间隔SLM的光学功能 ZYe\"|x
,s  
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。 |u"R(7N*  
 sGls^J)  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd eH  
/Q8A"'Nk  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 }AW)R&m  
:5M}Iz7  
R6Mxdm2P}  
6. 减少计算工作量 1vs>2` DLa  
aRKRy  
采样要求： e K1m(E.=  
 至少1个点的间隔(每边)。 **r?   
 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。 SP7g qM  
rg^\BUa-W,  
采样要求： zXPJ;^Xxa  
 同样，至少1个点的间隔。 }r~l72 `  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 oHXW])[  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 xO<-<sRA  
^Pg YP  
 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。 *7;*@H*jd  
 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。 $
t# ,'M  
 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)。 DgT.Lku?  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 $v<hW A]>  
%[\x%m)  
PnIvk]"Ab  
+'j*WVE%5  
^xw [d}0S  
7. 指定区域填充因子的仿真 q\t>D _lU  
cvV?V\1f  
 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。 B Ff.Rd95  
 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。 W/r?0E  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 #X@<U <R  
 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)。 a^\- }4yR  
*_/eAi/WG  
iC|6roO!jk  
8. 总结 Ky9No"o  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 sJI-  
.V 3X#t  
第1步 M |Q  
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。 Q`p}X&^a  
h[je_^5  
第2步 e|5B1rMM  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 oj(A`[  
扩展阅读 f
FZ`rPb  
扩展阅读 'x,GI\;?  
 开始视频 OZB}aow  
-    光路图介绍 N<Z)b!o%u  
 该应用示例相关文件： $:u7Dv}\  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 \LoSUl i  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 18p3