[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) * T-XslI  
!=-l760  
应用示例简述 Wc)^@f[~<  
d ][E;$  
1. 系统细节 K)k!`du!6  
 光源 $yt|nO  
— 高斯光束 0t9G
$2
3  
 组件 .v;Npm2  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 7W>T= @  
 探测器 T}zi P  
— 视觉感知的仿真 )FB)ZK;  
— 电磁场分布 [Nq4<NK  
 建模/设计 UeVF@rw  
— 场追迹： ^!}lA9\gY  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 x&f?c=\F  
|.,yM|  
2. 系统说明 Ah"RxA  
Z?b. PC/  
YRwS{e*u  
3. 模拟 & 设计结果 3:C *'@  
)I*V('R6|  
4. 总结 %~eZrG.  
SVR AkP-  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 y_'8m9Qy)  
{!,+C0  
第1步 R&-bA3w$  
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。 2^juLXc|R  
CfVz'  
第2步 <uAqb Wu  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Sy8Og] a   
1mB6rp  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 "\BLi C  
*"E]^wCn  
应用示例详细内容 . E.OBn  
h rZ\ O?j  
系统参数 2.|
Y  
`W-:@?PmQx  
1. 该应用实例的内容 ld3,)ZY  
FNZnz7  
5Po.&eS  
2. 设计&仿真任务 f[X>?{q  
 u2DsjaL  
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。 t!PFosFp  
;A|6&~E0G  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Z{e5 OJ  
BtjsN22  
L-MpdC  
4. 参数：SLM像素阵列 v7g-M  
3GaM>w}>W  
Q@M,:0+cy  
5. 参数：SLM像素阵列 ]C
Tu|  
8sL7p4  
`]fY9ZDKs  
应用示例详细内容 R=E )j^<F  
v!W,h2:J  
仿真&结果 ;ymUMQ%;/  
B^KC~W  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM k6dSj>F>  
 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)。 D L$P  
 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。 Qz $1_vO  
DTJ~.  
2. VirtualLab的SLM模块 >0f5Mjug  

Haturg  
1W;+hXx  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ??k^Rw+0R  
 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。 |vGz 1jLV  
`f b}cJUa  
3. SLM的光学功能 b7=]"|c$@  
] Li(E:  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 [t0gXdU6  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 (}}BZS&.  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 Z EG  
>WDb89kC=  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd FzW(An&x2  
z<)?8tAgq  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 }<XeZ?;  
;zs4>>^>  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 03#r F@e  
1z*]MYU  
4. 对比：光栅的光学功能 TlM ]d;9G  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 @1rF9< 4g  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 zaX30e:R  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 i1  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 %vMi kibI  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 R$v{ p[  
Z
Jd1Lx  
_4.fT  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd W4T>@b.  
WtdWD_\%Y\  
5. 有间隔SLM的光学功能 Z~$fTW6g  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 ?e yo2:-$  
b[H& vp  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd )PR{ia64;<  
`y m^0x8  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 MX  qH  
_G[5S-0 [  
z[V|W  
6. 减少计算工作量 :Iw)xd1d}\  
;clF\K>  
采样要求： fMd]P:B  
 至少1个点的间隔(每边)。 L;>tuJY1  
 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。 IL`5RZi1  
%Wn/)#T|  
采样要求： CShVJ:u+K\  
 同样，至少1个点的间隔。 X+Xjf(  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 HuCH`|v-  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 mG\,T3/*  
N!aV~\E  
 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。 ^uC1\!Q1  
 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。 Rm"lRkY4I[  
 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)。 F< Qjoaz  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 c.,eIiL  
/6b(w=pk  
,.G6c=pZ  
Peh(*D{  
}8 fG+H.  
7. 指定区域填充因子的仿真 M'Q{2%:>a  
-7hU1j~I  
 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。 8Q?)L
4.]  
 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。 ,RDxu7iT  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ,NPU0IDG>  
 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)。 zZGPA j  
@D Qg1|m  
vNHMe{,u  
8. 总结 AZxOq !B  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 3Ud&B  
?}bSQ)b  
第1步 _ i.CvYe  
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。 wlmi&kq  
o~2bk<]z  
第2步 9T`xW]Zf  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,H[-.}OO  
扩展阅读 L*Xn!d%  
扩展阅读 `%"zq"1`0  
 开始视频 a:7"F{D91  
-    光路图介绍 dGrOw)  
 该应用示例相关文件： I?Hj,lN  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 |C\g3N-  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Xo;J
1H