[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) 3l]lwV  
|*Yr<zt  
应用示例简述 q$L%36u~/  
7jrt7[{
 
1. 系统细节 T}Tp
$.gB  
 光源 W<{h,j8  
— 高斯光束 O *C;Vqt  
 组件  y`iBFC;_  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 $V
;i '(&7  
 探测器 MBK^FR-K  
— 视觉感知的仿真 Gf6p'(\zun  
— 电磁场分布 ]2A^1Del  
 建模/设计 810|Tj*U%  
— 场追迹： ejKucEgD  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 _`$qBw.Nx  
cdH>n)  
2. 系统说明 1y&\5kB  
b1q"!+8y  
Q>qUk@  
3. 模拟 & 设计结果 >tS'Q`R
 
|T /ZL!  
4. 总结 r wL`Czs  
'ycJMYP8  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 b)#hSjWO#  
sfH_5 #w  
第1步 W.jGGt\<\  
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。 QpH'P
Yy  
$QF{iV@6d4  
第2步 <\y@*fg+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 *tFHM &a  
FgnTGY}  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ;<Sd~M4f  
Ufj`euY  
应用示例详细内容 1.JK33  
;1W6G=m  
系统参数  'c&Ed  
\&:nFb%=  
1. 该应用实例的内容 %QH$ipM  
.<?GS{6 N  
e4$H&'b|  
2. 设计&仿真任务 s
jTZF-  
Rh2+=N<X  
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。 G5_=H,Vmd  
@s>Czm5  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ;>hO+Wo  
ldcqe$7,  
G>_*djUf  
4. 参数：SLM像素阵列 ^6
x%*/l|  
PQt")[
 
eIF5ZPSZi  
5. 参数：SLM像素阵列 EP&,MYI%E  
KkyVSoD\  
tFn)aa~L  
应用示例详细内容 (#c*M?g3  
s+Pq&<nV-  
仿真&结果 F;EwQjTF  
,,.QfUj/&  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM v"$L702d$\  
 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)。 Q}JOU  
 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。 Kn{4;Xk\  
hag$GX'2k
 
2. VirtualLab的SLM模块 @7c?xQVd$  

6wRd<]C  
l4YbKnp]  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 N% B>M7-=  
 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。 ODN/G%l  
s)t@ol  
3. SLM的光学功能 wm@@$  
MY)O^I X$  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 nPtuTySG  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 **0~K";\  
 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。 FGJ1dBLr  
@{e}4s?7od  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd qZh/IW  
1\m[$Gs:  
 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。 [aLI '  
,Vax&n+J  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd <=&`ZH  
I{&[[7H  
4. 对比：光栅的光学功能 QL/(72K  
 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。 bWS&Yk(  
 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。 A@('pA85  
 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)。 xH,a=8&9  
 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。 E=Bf1/c\  
 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。 {uFO/  
#z%fx
 
fbvL7* (  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd D)P._?  
# w4-aJ  
5. 有间隔SLM的光学功能 ^ +\dz  
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。 `RW HN/U  
 }v{LRRi  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd MchA{p&Ol  
YP<ms  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ^DLfY-F+j  
|-ALklXr  
e%M;?0j  
6. 减少计算工作量
d1T!+I  
,qwuLBW  
采样要求： IPpN@  
 至少1个点的间隔(每边)。 {Xy5pfW Q  
 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。 M3y NAN  
>Tx?%nQ  
采样要求： .Hm>i  
 同样，至少1个点的间隔。 v1JzP#  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 y^*~B(T{  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 r5/0u(\LB  
29b9`NXt  
 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。 f~[7t:WD*  
 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。 g
J{)-\  
 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)。 6MW{,N  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ajT*/L!0_  

kTB0b*V  
i]4I [!  
UkC!1Jy  
=qIp2c}Rx  
7. 指定区域填充因子的仿真
>=>2m2z=  
}.(B}/$u  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 (t|Zn@uY  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 "sCRdx]_  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 5qm`J,~k  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 ^ @5QP$.  
_VN?#J)o  
TdMruSY  
8. 总结 `h\j99  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 !.gIHY  
aXYY:;  
第1步 3 i0_hZ  
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。 ,4$>,@WW~  
tk`v:t!6U  
第2步 59A}}.@?m  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 n\DV3rXI9  
扩展阅读 m(!FHPvN  
扩展阅读 ki!0^t:9  
 开始视频 =T@1@w  
-    光路图介绍 eym4=k ~  
 该应用示例相关文件： 4VSU8tK|N]  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 \b x$i*  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 "+s++@ z