[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) !4_!J (q%  
XS3{R  
应用示例简述 QW,cn7  
_J` |<}?t;  
1. 系统细节 +fPNen4E  
 光源 y>%W;r)  
— 高斯光束 ]u~Os<  
 组件 |c=d;+  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 E}Ljo  
 探测器 7Onk!NH  
— 视觉感知的仿真 8b{U tT  
— 电磁场分布 hl*MUD,  
 建模/设计 (2cGHYU3N<  
— 场追迹： bd.j,4^  
 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。 "Jf4N  
k"0%' Y  
2. 系统说明 9x4wk*z  
_d/GdeLs  
]X/O IfdWe  
3. 模拟 & 设计结果 6|%^pjX5  
Vn@A]Jx^  
4. 总结 +yt6.L  
/j$$0F>s7  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 H&w(]PDh  
LH bZjZ2  
第1步 l.sm~/  
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。 s z;=mMr/Z  
m=#aHF  
第2步 RA!x  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 t>XZ3  
(H'_KPK  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 b?sAEU;  
Tw?P
p8'  
应用示例详细内容 lkI8{  
(MZ A  
系统参数 *QMF <ze  
X*_ SHt  
1. 该应用实例的内容 hgF21Oj9  
U&w*Sb"  
u!hq
q^1  
2. 设计&仿真任务 6(\q< fx  
B.{8/.4  
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。 z?8zFP  
_HSTiJVr  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 B.h0" vJ  
u]ZqF 
*  
jI@bTS o  
4. 参数：SLM像素阵列 ]H@v  
F! |TW6)gv  
DMy4"2 o  
5. 参数：SLM像素阵列 Lr!L}
y9T+  
8:;u v7p  
*?EjYI  
应用示例详细内容 s@*,r@<  
V#n?&-{V  
仿真&结果 mBYS"[S(  
DW'0j$;  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM uJ2C+$=Ul  
 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)。 | 7t=\  
 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。 wFKu
Sd  
]w1BJZa36  
2. VirtualLab的SLM模块 n_e}
>1_  

k1~nd
=p  
+z~!#j4Q  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 HYa$EE2  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 Pf^Ly97  
75QXkJu  
3. SLM的光学功能 8u7K$Q
 
~ wJ3AqNC?  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 KT]J,b  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 '@3a,pl  
 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。 b |o`Q7Hj  
-(%ar%~Zd  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ifgr<QlG  
6Zl.Lh  
 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。 USHlb#*  
SNopAACf1  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd {="Su{i}}  
*Bb|N--jI  
4. 对比：光栅的光学功能 Y;~~?[6  
 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。 rU2YMghE  
 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。 (}/.4xE  
 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)。 O?4vC5x  
 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。 5<:VJC<  
 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。 <IHFD^3|j  
Nv*E .|G  
76u/WC>B  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 1OfSq1G>v$  
6B!j(R  
5. 有间隔SLM的光学功能 h1G*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。 xqi*N13  
/w}B07.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd tNi%}~Z  
d =B@EyN  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 y.ivz  
Jfixm=.6  
t^bdi}[  
6. 减少计算工作量 @FnI?Rx  
CLFxq@%nu~  
采样要求： >TY5ZRB  
 至少1个点的间隔(每边)。 Ma*dIwEp
 
 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。 nDoiG#N0  
P(YG@  
采样要求： "JQt#[9l
 
 同样，至少1个点的间隔。 '%]@a7w  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 t}c}@i_c  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 U_ ?elz\  
3A}nNHpN  
 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。 H-\{w   
 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。 #pm-nU%|_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)。 kUaGok?  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 sP3.s_U^  
y T1Qep  
HC;I0&v>  
6E\\`FE4y  
M~{P',l*  
7. 指定区域填充因子的仿真 &Lt$a_y>  
U<,Kw6K  
 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。 k1$2a8ja  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 ;K
ZtW  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 R{OE{8;  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 Y+_5"LV  
v(Zi;?c  
QSs$   
8. 总结 ?od}~G4
s#  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 1f pS"_}  
mP$G9R  
第1步 N5rG.6K  
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。 =`\,2Nb  
D`~{[cv)\  
第2步 >&TnTv?I  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 moJT8tb  
扩展阅读 =[)N6XV3  
扩展阅读 ^tKOxW# a  
 开始视频 1-NX>E5  
-    光路图介绍 L..X)-D2n  
 该应用示例相关文件： ?"8A^ ^  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 9M7(_E;)B  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 K%TKQ<R|