[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) @].s^ss9_  
Q)aoc.f!v  
应用示例简述 ? /!Fv/  
!=21K0~t#  
1. 系统细节 =&pR=vl  
 光源 ?3N/
#  
— 高斯光束 G:b6Wf  
 组件 vhOh3  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ?5">50  
 探测器 eJqx,W5MK]  
— 视觉感知的仿真 bP$e1I3`  
— 电磁场分布 EUw4$Jt^p  
 建模/设计 Aa1#Ew<r  
— 场追迹： _\4r~=`HQ  
 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。 3SWDPy  
K_U`T;Z\  
2. 系统说明 iJ58RY  
u*l>)_HD  
0*:n<T9  
3. 模拟 & 设计结果 &S.p%Qe"  
fX9b1x  
4. 总结 >;G_o="X  
wa[J\lW  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 1Mq"f7X8  
;Uch  
第1步 u^C\aujg  
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。 L~+aD2E {  
%zc.b  
第2步 uu4!e{K  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 KX x+J}n  
ST#)Fl  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ,%m~OB#  
t`&mszd~T  
应用示例详细内容 ce4rhtkV  
"c~``i\G  
系统参数 \zcSfNE  
LkeYzQH/l  
1. 该应用实例的内容 M&zB&Ia"'  
rfdA?X{Q0  
mq<:^  
2. 设计&仿真任务 ZyU/ .Uk  
([JFX@  
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。 n}%_H4t  
k!qOE\%B  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 tF*Sg{:bCa  
;,/G*`81B  
6UN{Vjr%`  
4. 参数：SLM像素阵列 L) _ VdB  
E]{0lG`l  
Yo5ged]i  
5. 参数：SLM像素阵列 !N:w?zsp  
~Gg19x.#uW  
brE%/%!e  
应用示例详细内容 K~&3etQF  
WFug-#;e  
仿真&结果 %RIu'JXi  
Zjc/GO  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ENYc.$r  
 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)。 qsN}KgTjg  
 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。 h9A=20fj  
fb8xs<  
2. VirtualLab的SLM模块 Oa5-^&I  

}&ew}'*9)  
kYS\TMt,C  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 BaCzN;)  
 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。 y(Pv1=e  
T2T?)_f /  
3. SLM的光学功能 <p_2&&?  
~8Ef`zL  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 }q/[\3  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 sQzr+]+#9  
 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。 $iy(+}  
\bSakh71  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 78mJ3/?rC  
^3&-!<*  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 Q!fk|D+j  
x6yO2Yo  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Fw#wVs)@:  
e+MsFXnB8  
4. 对比：光栅的光学功能 j~ qm5}  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 WdrMp  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 Im`R2_(]  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 B<!wh  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 P_N},Xry  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 {2&MyxV  
Zvz}Z8jW  
p_sqw~)^%  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd xO 1uHaL  
6nk.q|n:g  
5. 有间隔SLM的光学功能 w4&-9[@Y  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 m`3gNox  
?7*J4.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd apm,$Vvjy  
;xE1#ZT  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ?rwHkPJ{*  
+Kg3qS"  
)%?SWuS?N  
6. 减少计算工作量 H`U>ZJ.  
iHOvCrp+X  
采样要求： m3b?f B  
 至少1个点的间隔(每边)。 B\7 80p<  
 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。 h6gtO$A|p=  
`XwKCI  
采样要求： fPsUIlI/A  
 同样，至少1个点的间隔。 [%7oq;^J  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 `>$l2
,  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 -+.-Ab7  
oMZ|)(7C  
 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。 U[l{cRT   
 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。 \E:l E/y  
 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)。 $QuSmA<4lS  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 o7 X5{  
WG*S:_?  
F|W(_llfM  
kv/mqKVr  

ehYGw2  
7. 指定区域填充因子的仿真 h`p9H2}0  
c"@,|wCUi  
 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。 8U&93$  
 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。 X6c['Zrc  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 y <21~g=  
 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)。 3MFb\s&Fq  
+QVe -  
B6a   
8. 总结 syLpnNx=  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 C")NNs=  
Q|J$R  
第1步 XB-l[4?  
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。 BnLE+
X  
~C2[5r{So  
第2步 2(sq*!tX  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Ni 5Su  
扩展阅读 J#& C&S 2  
扩展阅读 Lv?e[GA  
 开始视频 :Qra9
; Y  
-    光路图介绍 -nrfu)G  
 该应用示例相关文件：  ~/kx  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ['n;e:*  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 %]i("21