[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) bG>pm|/  
"gdmRE{x  
应用示例简述 O@3EJ
kv  
Q/iaxY#  
1. 系统细节 TeQWrms  
 光源 FpfOxF6A3  
— 高斯光束 ?N#mD  
 组件 SPL72+S`,  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 MyuFZ7Q4$  
 探测器 'oHtg @  
— 视觉感知的仿真 !1dCk/D&)8  
— 电磁场分布 >E?626*  
 建模/设计 C$)#s{*  
— 场追迹： :n>m">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。 r M'snW)  
PF@<>NO+W  
2. 系统说明 &oYX093di  
~LHG  
?D\6CsNp(2  
3. 模拟 & 设计结果 %\[LM$f{z  
npz*4\4  
4. 总结 8:-[wl/@  
6+FmYp  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 bR49(K$~  
/l0\SVwa>  
第1步 'HkV_d[li  
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。 UBi0 /  
(C,PGjd  
第2步 hp,bfcM  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 pF#nj`L  
,/|"0$p2x  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 8@Xq ,J  
&iL"=\#  
应用示例详细内容 Oh~JyrZy  
+D`IcR-x  
系统参数 d~O\zLQ;  
Z|uUE  
1. 该应用实例的内容 MaXgy|yB1  
,#UaWq@7  
#G|iEC0C  
2. 设计&仿真任务 cW26TtU(  
: UD<1fh  
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。 {Aj}s3v  
,K6s'3O(LW  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 _*9eAeJ  
A/W0O;*q  
%-i2MK'A  
4. 参数：SLM像素阵列 wvcG <sj  
7:R8QS9  
)O"5dF1l  
5. 参数：SLM像素阵列 |JSj<~1ki  
R.!'&<Svq  
Q~#udEajI  
应用示例详细内容 &2Q4{i  
eFp4MD8?  
仿真&结果 7P?z{x':T  
:o&qJ%  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM h:<pEL  
 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)。 !GURn1vcAe  
 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。 vR3'B3y  
.4Jea#M&x  
2. VirtualLab的SLM模块 O2us+DhQ  

%/CCh;N#  
Im+<oZ  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 C!]
hu)E  
 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。 dG'aJQ
w  
s}uOht} o  
3. SLM的光学功能 w [D9Q=  
fDNiU"  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 kTT!gZP$  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 p}.L]Y  
 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>G=kA  
:,Q\!s!  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd (g`G(K_  
r;g[<6`!S  
 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。 Jv %,v?  
2)Grl;T]s  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd x?9rT 0D  
<[@AMdS  
4. 对比：光栅的光学功能 X&8&N
kH  
 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。 %(MaH  
 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。  ztKmB  
 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)。 WId"2W3M  
 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。 z8G1[ElY  
 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。 [KLs} ~H  
-hiG8%l5  
uPr'by  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd JcL4q\g  
5 >S#ew  
5. 有间隔SLM的光学功能 _HW~
sz|  
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。 N_rz~$|@9  
RZ-=UIf  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd <u]M):b3  
%4|*  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 0}C> e`<'  
As }:~Jy|  
m-Q!V+XQp  
6. 减少计算工作量 Q1yMI8  
2#1"(m{  
采样要求： I(tMw6C$:  
 至少1个点的间隔(每边)。 v W=$C  
 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。 ?f
f!(U  
&*}`uJt  
采样要求： M3P
\1  
 同样，至少1个点的间隔。 r6S-G{o  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 R?MRRq  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 V

PW@y  
Yef=HSzo  
 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。 r@b M3V_o  
 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。 oS6dcJHf  
 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)。 & mwQj<Z  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 v;m`d{(i2  
kZ7\zbN>  
{w:*t)@j  
J<hqF4z  
$/*19e~  
7. 指定区域填充因子的仿真 cq:<,Ke  
ere h!  
 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。 (K9
pr>le  
 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。 yvR3
|  
 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:2M9nC  
 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)。 hWc`4xdl  
.)=T1^[hI  
@uA=v/>+  
8. 总结 c=d` DJ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 eb1WTK@  
pRR1k?  
第1步 Qp>'V<%m-  
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。 <14,xYpE  
?R-4uG[(  
第2步 QAGR\~  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 /B"FGa04p(  
扩展阅读 <[.{aj]QV  
扩展阅读 6sceymq  
 开始视频 ?{=&Ro  
-    光路图介绍 *<r\:g  
 该应用示例相关文件： X%(1C,C(  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 10tlD<eYb  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 N"/J1