[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) :^iR&`2~  
6dq U4  
应用示例简述 2?-}(F;Z  
a.8nWs^  
1. 系统细节 ;oR-\;]/.  
 光源 ;ejC:3yO  
— 高斯光束 k,v.U8  
 组件 X#eVw|  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 KQW  
 探测器 nh9K(  
— 视觉感知的仿真 C5sV-UMR  
— 电磁场分布 Ld`~^<B  
 建模/设计 TvdmgVNP  
— 场追迹： SxT:k,ji  
 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。 |y'q`cY  
mbS &>  
2. 系统说明 dd4yS}yBlR  
+%gh?  
z5Nw+#m| i  
3. 模拟 & 设计结果 A0[flIl  
b|fq63ar;  
4. 总结 g]d
"d  
L YH9P-5H  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 * rs_k/2(  
'Y"q=@Ei9  
第1步 `C!Pe84(  
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。 o-)E_X  
Z.R^@@RqJ  
第2步 "sHD8TUX  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 {h@R\bU  
$\P!
P.  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 rq
a;MPl  
msoE8YK&tg  
应用示例详细内容  R6AZIN:  
+qS$t  
系统参数 6s|C:1](b  
eN jC.w9  
1. 该应用实例的内容 jliKMd<?  
e@Mm4&f[p  
#4"
\\  
2. 设计&仿真任务 &'|bZms g  
`,7BU??+u  
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(gH}N4  
J\ 3~  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 .+M4Pi  
j4NS5  
&_-~kU1K^  
4. 参数：SLM像素阵列 cxmr|-^  
%l5J   
52%.^/  
5. 参数：SLM像素阵列 (nV/-#*  
8}S|iM  
4z$eT  
应用示例详细内容 M=!x0V;  
0c`w
JktWK  
仿真&结果 ~i(*.Z) \  
_|s{G  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 3[Z?
`X  
 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)。 I=lA
7}  
 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。 OY@
/18D<>  
f:BW{Cij;y  
2. VirtualLab的SLM模块 lual'~  

Cjwg1?^RZ  
n7Re@'N<  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 LL:B H,[  
 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。 g/T`4"p[H  
>+G=
|2  
3. SLM的光学功能 $aVcWz%  
r
gOB0[  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ^LnCxA&QH  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Wk$%0xZ7  
 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。 &{7%VsTB  
y|1-,u.$  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd "\e9Y<  
58=fT1 B  
 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。 $)PNf'5Zg  
N b+zP[C  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd i #8)ad  
L-$GQGk{  
4. 对比：光栅的光学功能 JZai{0se  
 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。 |qZ4h
7wL  
 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。 <.:B .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)。 jg2>=}  
 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。 '{C=vW  
 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|5w:+=z  
"|&SC0*  
/J5wwQ (:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd HhIa=,VY  
X4 xnr^  
5. 有间隔SLM的光学功能 Wny{qj)=  
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。 V<(cW'zA/  
Z(CzU{7c  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd :5p`H  
bY]aADv\  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 KZ&8aulP  
_W&.{ 7  
d+z8^$z"  
6. 减少计算工作量 *y u|]T  

X(N!y"z  
采样要求： 9'T nR[>  
 至少1个点的间隔(每边)。 BK6oW3wD/  
 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。  rfoLg  
%~G)xK?W*  
采样要求： l8jm7@.E  
 同样，至少1个点的间隔。 &@nI(PXv  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 W!htCwnkF  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 kOeW,:&65  
!$Nh:(>:  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 Wc#4%kT  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 MT}9T  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 O*T(aM3r  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 jIg]?4bW[  
>'7Icx  
lg~Gkd6  
`BF+)fs  
arET2(h  
7. 指定区域填充因子的仿真 t 8|i>(O  
g2BE-0,R  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 2I>X]r.S!1  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 (jtrQob  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 b-\ 1D;]  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 9x23## s  
|!,;IoZ  
h b_"E, `F  
8. 总结 k_/*>lIZY  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 =YOq0  
PFu{OJg&  
第1步 Ja"?Pb  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 VMXccT9i!  
fl9`Mgu  
第2步 YZMSiDv[e  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 T1_O~<  
扩展阅读 8,7^@[bzXx  
扩展阅读 X@RS /  
 开始视频 `-/-(v+ i  
-    光路图介绍 ]{s0/(EA  
 该应用示例相关文件： =;ClOy9  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 j 4!$[h  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Y 3h`uLQ