[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\GWMB!oF  
zMSwU]4I!  
应用示例简述 PCT&d)}  
7:4c\C0  
1. 系统细节 "n%j2"TYJj  
 光源 q[s,
q3n~  
— 高斯光束 b}! cEJY  
 组件 2F4<3k!&  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统
5CI{&E  
 探测器 XGa8tI[:X  
— 视觉感知的仿真 #u&fUxM:AS  
— 电磁场分布 CFpBosoFt^  
 建模/设计 iOiFkka  
— 场追迹： "Bd-h|J  
 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。 6
H|SiO9  
|`T7}U  
2. 系统说明 v=k+MvX  
}U}zS@kI  
?_eLrz4>L^  
3. 模拟 & 设计结果 !tq]kKJ3:  
<B6md i'R  
4. 总结 ;[y( 14g  
rJiF2W  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 PQaTS*0SXJ  
7y Cf3  
第1步 SeHrj&5U  
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^qCE-[  
Oo|JIr7i  
第2步 A$2 ;Bf  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [4"(\r\f  
u62H+'k}F  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 r_+Vb*|Y  
d+DO}=]  
应用示例详细内容 gC$_yd6m L  
3zsp6kV  
系统参数 klKUX/g  
+$C9@CZM9  
1. 该应用实例的内容 <X*oW".  
T@1;Nbz]  
DuC#tDP  
2. 设计&仿真任务 h1~h&F?  
"`M~=RiI  
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。 c/Pql!h+  
`:&RB4Z  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 :Wbp|:N0  
"M/c0`>C!i  
"L.k m  
4. 参数：SLM像素阵列 C@a I*+@-"  
> TYDkEs0  
Sh#N5kgD  
5. 参数：SLM像素阵列 HzM\<YD  
eg;r38  
jU-LT8y:  
应用示例详细内容 fr~Eb'8  
0(i3RPIj\  
仿真&结果 db
99S
 
c#x~x  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM b_sasZo  
 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)。 j&Hui>~  
 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。 82FEl~,^E  
e6p3!)@P1  
2. VirtualLab的SLM模块 k (AE%eA  

faOiNR7;h  
GP+=b:C{E  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 KTYjC\\G  
 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。 $7YZ;=~B  
@
PM<pEve  
3. SLM的光学功能 q:kGJxfaW  
k2Cq9kQq  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ;?q(8^A  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 8s22VL  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 yr'-;-u  
'A|c\sy  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd igL5nE=n  
_1)n_P4  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 NrS+N;i  
6W_:w  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd z#G\D5yX[*  
xD*Zcw(vj~  
4. 对比：光栅的光学功能 @(L}:]{@  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 i\lvxbp  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 n ^9?(a4u  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 1tTP;C l#  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 cEf"m?w  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 ], Bafz)4  
bbq`gEV  
MgP|'H3\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd `IlhLv  
ajkV"~w',|  
5. 有间隔SLM的光学功能 (}F@0WYT^O  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 K 'I6iCrD  
^/Hf$tYI!`  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd n',7=~  
[;hkT   
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Z42q}Fhm*R  
Pg.JI:>2Ku  
@|;[ ;:h@  
6. 减少计算工作量 K'2N:.D:  
^jL44?W}l  
采样要求： !.%*Tp#k#  
 至少1个点的间隔(每边)。 o#"yFP1  
 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。 >/Z*\6|Zx#  
K?M~x&Q  
采样要求： AHr^G'  
 同样，至少1个点的间隔。 +Y*4/w[   
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Qxy~%;X  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 EO(l?Fgw]$  
}+lK'6  
 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。 1\Bh-tzB  
 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。 7V^j9TC  
 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)。 O<wH+k[  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 \1-lda  
|Zn;O6c#L5  
8yYag[m8  
8aQTm-{m  
_[8JSw7  
7. 指定区域填充因子的仿真 )6XnxBSH  
I;AS.y  
 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。 Y,mo}X<>  
 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。 c>
c3qjWY/  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 )(YJ6l  
 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)。 ph)=:*A6&  
kLs{B  
 W;yg{y   
8. 总结 9(X~  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 T__
@hfT  
ZH=Bm^  
第1步 -A}
$5/  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。
6}@T^?  
 S\ZCZ0  
第2步 W@GU;Nr  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 )y!gApNs"  
扩展阅读 ?l[#d7IB  
扩展阅读 1IgTJ" \  
 开始视频 _ZWU~38PM  
-    光路图介绍 U4a8z<l$  
 该应用示例相关文件： #6y fIvap  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ZHwN3  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 5y='1s[%