[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) W^U6O&-K  
^7b[spqE  
应用示例简述 v67utISNI  
Cu2eMUGt  
1. 系统细节 k@}?!V*l  
 光源 R1,.H92  
— 高斯光束 %w9/gD  
 组件 }uZtAH|  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ;Gf,I1d}{  
 探测器 o<1a]M|  
— 视觉感知的仿真 +V2\hq[{  
— 电磁场分布 WA'4y\N  
 建模/设计 a"ct"g=  
— 场追迹： b\{34z,  
 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。 ,=Q;@Z4 vJ  
.( )rby  
2. 系统说明 FCr^D$_w  
U3UKu/Z  
MKdS_&F;~  
3. 模拟 & 设计结果 30BFwNE  
GbFtX\s+5j  
4. 总结 
)Bz2-|\  
$m hIXA.  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <R;t>~8x  
AiF'*!1  
第1步 N~=,RPjq  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 jH5VrN*Q  
N}|<P[LW  
第2步 rofGD9f   
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 A'zXbp:
%  
pxGDzU  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 U{`Q_Uw@$:  
rT#2'-f  
应用示例详细内容 crwui8  
R5"5Z?'  
系统参数 !^Ly#$-X  
V/t/uNm  
1. 该应用实例的内容 Q *]d[  
`F(ghC  
c4Leh"
ry  
2. 设计&仿真任务 9Z[EzKd<~'  
}CM</  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 8h?):e  
Yl$R$u)  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 xs}3=&c(  
|_h$}~;  
LvPcH  
4. 参数：SLM像素阵列 VG=mA4Dd  
39yp1  
Au\j6mB  
5. 参数：SLM像素阵列 IG(1h+5R(  
}Sx+:N*  
/0_^Z2  
应用示例详细内容 dSP~R  
Gi+ZI{)  
仿真&结果 rlpbLOG`  
<Pnz$nH:e  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM )IFFtU~,  
 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)。 SDbR(oV  
 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。 [Yyb)Qf  
x & ZW f?  
2. VirtualLab的SLM模块 h>:eu#  

d
I%#cf1  
vmGGdj5aI  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 'V`Hp$r  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 q(XO_1W0V  
X+%5q =N  
3. SLM的光学功能 /@O$jlX5I  
n# 4e1n+I  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ]n 'FD|  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 +FBUB  
 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。 \:5M
0  
S2\|bs7;J,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd T!YfCw.HZ  
z#u<]] 5  
 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。 it)!-[:bm  
LDgGVl  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd )OE!vA  
*p.70,5,  
4. 对比：光栅的光学功能 *>,#'C2  
 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。 Z[GeU>?P  
 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。 HxnWM\p  
 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)。 .Gcs/PN  
 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。 9NE
L[J|  
 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。 &57s//PrX  
k.6gX<T  
+\s&v!  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 2S@aG%-)  
&fRZaq'2R  
5. 有间隔SLM的光学功能 1=Y pNXX  
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。 TD^w|U.  
J5#shs[M:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ^77X?nDz=h  
>mCS`D8  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 i7jI(VvB^  
Hq!|(  
@w @SOzS)  
6. 减少计算工作量 f2,\B6+  
`&/~%>  
采样要求： gbr-C  
 至少1个点的间隔(每边)。 oaGpqjBGQ  
 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。 'nP;IuMP  
#7BX,jvn>  
采样要求： bo_Tp~j  
 同样，至少1个点的间隔。 Q$:>yveR*  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 M|9=B<6`7  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 W_FN*Er  
D"ecwx{%;C  
 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。 )Q)H!yin  
 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。 f~
Ve7   
 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)。 =&x u"V  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ZB'ms[  
D&/~lhyNZ  
,k+F8{Q.  
Sc,ajT  
qt,;Yxx#^  
7. 指定区域填充因子的仿真 9`|~-b  
hNUka
P  
 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。 up )JU [  
 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。 )^[PW&=W|x  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 aC,?FWm  
 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)。 1Farix1YDq  
0s o27k  
bc%N !d  
8. 总结 p)YI8nW  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 tXW7G@  
TBu[3X%  
第1步 nv}z%.rRUj  
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:}#5\]4  
E0_S+`o2y  
第2步 mj|TWDcj+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 WEsX+okj  
扩展阅读 ]v|n'D-?  
扩展阅读 z z2'h>  
 开始视频 oQ/ Dg+Xp  
-    光路图介绍  zPW_  
 该应用示例相关文件： Cy2)M(RW  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 RDsBO4RG  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 w[hT,$n