[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) _7AR2  
ZR~ *Yofy  
应用示例简述 6dRxfbL  
v>2gx1F"?  
1. 系统细节 [f'V pId8  
 光源 ^MyuD?va  
— 高斯光束 z(AhO  
 组件 j0p'_|)(  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 J!$q"0G'WT  
 探测器 XNwZSW  
— 视觉感知的仿真 gg>O:np8  
— 电磁场分布 t,*hxzD"  
 建模/设计 f_*Bd.@  
— 场追迹： `wJR^O!e  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 p nS{W \Q  
K[%)_KW  
2. 系统说明 -I$qe Xy  
~bp^Q| wM  
4,o|6H  
3. 模拟 & 设计结果 Pd99vq/  
'n7)()"2  
4. 总结 l .8@F  
d]JiJgfa%  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 KaJCfu yp  
JmJ8s hq  
第1步 2qY`*Y.2  
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。 zj ;'0Zu  
xwZcO  
第2步 _;] 3w  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 35dbDgVz$  
r sf +dC  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Iv6(Z>pAB  
8Bvc#+
B  
应用示例详细内容 R^`#
xQ  
7V6gT}R  
系统参数 5]/i[T_  
VP|ga}(  
1. 该应用实例的内容 %!5[3b'h  
B|Y6;4?  
>4gGb)  
2. 设计&仿真任务 sLGut7@Sg  
?mdgY1  
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。 K:!|
xr(1d  
1epj/bB&  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 -^m]Tb<u  
)z'LXy8  
+I$ k_  
4. 参数：SLM像素阵列 zJnF#G  
t(-`==.R  
4ZY0!'be-R  
5. 参数：SLM像素阵列 s2-`}LL  
#HjiE  
$9pFRQC'
q  
应用示例详细内容 y\]~S2}G  
Xx~za{p  
仿真&结果 R;2tb7o  
o`hVI*D  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 0Q^a*7w`8a  
 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)。 ')k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。 j]uL9\>  
C?v_ig  
2. VirtualLab的SLM模块 7B@[`>5?%L  

&F4khga`^:  
Pqe{C?7B  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 `N8?F3>
 
 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。 C5Fk>[fS  
p>w{.hC@  
3. SLM的光学功能 D^+#RR'#,  
~)';[Ha  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 V=)0{7-9  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 %d<uOCf\Q  
 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。 l+e L:C!  
XH_XGzBQS  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd UZ8 vZ  
|a7W@LVYD  
 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。 95Q{d'&  
t{\,vI  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd NdpcfZq  
5^"T`,${  
4. 对比：光栅的光学功能 II!Nr{A  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 jSLNQ  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 |P{K\;-  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 q9GSUkb  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 pkd#SY  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 9,h'cf`F  
bVEt?E*+  
o)_;cCr)q  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 9|Z25_sS  
Ku6bY|  
5. 有间隔SLM的光学功能 uWs5+  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 oLJP@J  
w Phs1rL  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd h?f)Bt}ry  
3B }Oy$p  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。  4wLp  
^rz8c+ly  
dl:uI5]  
6. 减少计算工作量 #b[B$  
SiN22k+  
采样要求： P'^#I[G'  
 至少1个点的间隔(每边)。 q&.SB`  
 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。 jOuz-1x,&  
wYTF:Ou^5~  
采样要求： J1
,\Q<  
 同样，至少1个点的间隔。 sq6|J])GgU  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 %<x2=#0  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 [cSoo+Mlx  
2Z3c`/k  
 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。 X{SD3j=G#  
 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。 aE0yO#=   
 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)。 &"vh=Z-  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 h=uv4&  
'je=.{[lWt  
3Lx]-0h  
$_N<! h*\  
:OC`X~}Rc  
7. 指定区域填充因子的仿真 <a@'Pcsk  
+" 4E:9P?  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 V,=V   
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 e<_p\LiOS  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 S^}@X?v  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 A;~u"g'z&  
,(0q  
L&td4`2y  
8. 总结 pgg4<j_mn  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 nK*$P +[R  
j(Tt-a("z  
第1步 vO#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。 5Qb%g)jZ  
4zyy  
第2步 I2JE@?  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 I4%&/~!  
扩展阅读 ejYJOTT{^  
扩展阅读 $E;`Y|r%WK  
 开始视频 /"d5<B`%  
-    光路图介绍 qp>V\h\  
 该应用示例相关文件： g%1
FTl  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 2J;h}/!H  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Fwn4c4-%