[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) 0V86]zSo  
*(5T?p[7  
应用示例简述 <5#2^
(  
\L}7.fkb8  
1. 系统细节 4b,+;  
 光源 Hr7pcz/#l  
— 高斯光束 ,)TnIByM  
 组件 9HPwl

  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 MR5[|kHJT  
 探测器 .RAyi>\e  
— 视觉感知的仿真 xsy45az<ip  
— 电磁场分布 Bc-/s(/Eq  
 建模/设计 =1VZcLNt  
— 场追迹： M)Z!W3  
 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。 S,avvY.U
\  
\
!w |  
2. 系统说明 P*U^,Jh
<  
9`"#OQPn1  
PY3bn).uR  
3. 模拟 & 设计结果 nZ#u#V  
V,8Z!.MG  
4. 总结 cW"DDm g  
5j0 Ib>\  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ?4aW^l6/  
t
TubW=H  
第1步 OQKc_z'"  
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。 ^|hVFM2  
vfXNN F  
第2步 k\dPF@~Hvl  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 /;[x3}[  
23,pVo  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 xD~r Q$6sI  
BgDWl{pm  
应用示例详细内容 cnw+^8  
gf9U<J#&C  
系统参数 Je2&7uR0  
`CBXz!v!O  
1. 该应用实例的内容 L 8;H_:~_'  
Tow!5VAM  
YTTij|(  
2. 设计&仿真任务 nII#uI/!q  
02NVdpo[wU  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 <r>Sj/w<D  
G%zJ4W%  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 -AolW+Y  
;4GGXT++L  
[kckE-y  
4. 参数：SLM像素阵列 >msQ@Ch  
F;kKn:XL  
Qe4 % A  
5. 参数：SLM像素阵列 i3d2+N`  
:O,r3O6  
6X?:mn'%QF  
应用示例详细内容 G)M! , Q  
>ke.ZZV?  
仿真&结果 ]sE)-8  
i:jB  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM FUJ<gqL  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 %4V$')rek  
 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。 nD]M
gT  
`g)  
2. VirtualLab的SLM模块 g>w {{G  

Y|J=72!]  
BSB&zp  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 _Ex<VF u  
 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
lK  
N`3^:EJL8  
3. SLM的光学功能 %X}vuE[[UC  
v,z~#$T&  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 KhX)maQ  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 =n_z`I  
 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。 AkdO:hVtG  
~gOZ\jm}  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd UIg?3J}R  
~-uf%=  
 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。 c#1kg@q@  
11Qi _T\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd F?6Q(mRl  
Q-#<{' (  
4. 对比：光栅的光学功能 .O(9\3q\  
 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。 Tp.]{*  
 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。 +Wy`X5v  
 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)。 #Ufb  
 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。 9^`cVjD5  
 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。 $<C",&  
uudd'L  
`kv7Rr}Q  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd l{ql'm  
05\0g9  
5. 有间隔SLM的光学功能 }u$c*}  
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。 b`j9}tZ  
$>uUn3hSx\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd &(l.jgqg&  
\*qradgx$  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 }Qe(6'l_  
:hW(2=%  
d#$Pf=}  
6. 减少计算工作量 e
6tU8`z  
PYs0w6o  
采样要求： R^sgafGl=  
 至少1个点的间隔(每边)。 9HiyN>(  
 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。 Ui9;rh$1eU  
!7Qj8YmS  
采样要求： 8g-Z~~0W1  
 同样，至少1个点的间隔。 ,`!lZ| U  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 JC~4B3!  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 zSk`Ou8M  
*B{
]  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 eY^zs0  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 NV?XZ[<*<  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 f8qDmk5s  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 9=/4}!.  
?p 4iXHE  
.0gfP4{1{  
w9RBT(u  
uTPAf^|  
7. 指定区域填充因子的仿真 =3SJl1w1  
J|be'V#]1  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 ?$tD  
 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。 !O}e)t  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 re#]zc<  
 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 $$Cav  
61&{I>
~1  
Lc[TI
X
  
8. 总结 I*(kv7(c0  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ;#IrHR*Bk  
Xo[cpcV  
第1步 G,^ ?qbHg  
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。 W?P4oKsql*  
rUyGTe(@h  
第2步 k{b|w')  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 +%KkzdS'  
扩展阅读 h)j#?\KYm9  
扩展阅读 aK|  
 开始视频 tX1`/}``  
-    光路图介绍 ]GCw3r(!  
 该应用示例相关文件： YDYNAOThnb  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 n_LK8
 
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 /-^J0f+l3