[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) WqeWjI.2  
7=P)`@  
应用示例简述 *k{Llq  
OrkcY39"~a  
1. 系统细节 h4hAzFQ.s  
 光源 aTvyzr1  
— 高斯光束 )Te\
6qM  
 组件 <Wn~s=  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 N[_T3
(  
 探测器 $--8%gh dG  
— 视觉感知的仿真 +(+lbCW/  
— 电磁场分布 u$\.aWol  
 建模/设计 1=5"j]0hY  
— 场追迹： 5U2%X pO
 
 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。 LIDi0jbrq  
'V&g"Pb  
2. 系统说明 K)'[^V Xh  
Y=XDN:  
3r~8:F"g  
3. 模拟 & 设计结果 ([8*Py|  
6s@!Yn|?
 
4. 总结 D?KLV_Op  
Otq3nBZ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 YEv\!%B  
RuHDAJ"&a  
第1步 MT{1/A;`)  
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。 ]3v)3Wp  
Hk}P  
第2步 Ftyxz&-4$p  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 -RP{viGWK  
Z\0wQ;}  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 3o rSk  
#VhdYDbW  
应用示例详细内容 /Z2u0jNArP  
{MtJP:8Jp  
系统参数 c]*y
o  
o6u^hG6~'  
1. 该应用实例的内容 }hn?4ny  
Jq^[^  
iZ]^JPU}  
2. 设计&仿真任务 }0&Fu?sP  
ndQw>  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 3ML^ dZ'  
q>
%B @'  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 DcxT6[  
O]IAIM  
gYt=_+-  
4. 参数：SLM像素阵列 m+M^we*R  
UR^r>  
.nY}_&  
5. 参数：SLM像素阵列 &DW !$b  
?<J~SF Tt  
56Lxr{+X  
应用示例详细内容 PVi;h%>Y  
Ifp8oL?S;  
仿真&结果 (%6fZ  
_E9[4%f  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM VK/L}^=GOO  
 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)。 ^4IJL",  
 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。 hrX/,D -c  
Wt%Wpb8
  
2. VirtualLab的SLM模块 0s8fF"$  

N(i.E5&9  
ce$[H}rDB  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 q>+!Ete1p  
 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。 y:E$n!  
gR/?MJ(v  
3. SLM的光学功能 q"269W:  
R.1.LB  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 y /vc\e  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ;~1xhpTk  
 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。 #bcZ:D@FC  
d v4~CW%Td  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd F(j;|okf;  
9y[U\[H  
 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。 &CQ28WG X  
me@`;Q3  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd  "O# V/(  
Ca5LLG  
4. 对比：光栅的光学功能 B3yTN6-  
 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。 .Tl,Ek(  
 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。 "kFNOyj3\  
 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)。 }x#e.}hf&  
 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。 Fsl="RB7f  
 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。  O,7S1  
\>9^(N  
ES^JRX  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 97HI9R  
u-jV@Tz  
5. 有间隔SLM的光学功能 By9CliOy:  
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。 ;I@\}!%H  
Y9-F\t=~  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 7z{N}  
P(-   
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 {\k }:)  
#Mk3cp^Yl  
o; 6^:  
6. 减少计算工作量 Aua}.Fl,  
fVZ92Xw B  
采样要求： @#^Y# rxb  
 至少1个点的间隔(每边)。 z&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。 /]0SF_dZ  
|aU8WRq  
采样要求： mcidA%  
 同样，至少1个点的间隔。 OVxg9
 
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 2rC&  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 YvuE:ia  
|Y6;8e`H  
 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。 "*`!.9pt  
 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。 '.N}oL<gP  
 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)。 a*}>yad  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 B1Pi+-t  
__+8wC  
*:+ZEFMq  
M/lC&F(  
3.P7GbN  
7. 指定区域填充因子的仿真 [+l
6x1Am  
v:Gy>&  
 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。
o7Z8O,;  
 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。 XM"Qs.E  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 O3T7O`H[  
 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)。 xCWS  
@
(*A<2;N  
X!ldL|Ua%  
8. 总结 b>i5r$S8G  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Q`.q,T8I  
(GGosXU-v  
第1步 gMZ+kP`  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 \ q
q  
=j~:u.hc'  
第2步 H2Z e\c  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 4M]l~9;A  
扩展阅读 Sp?e!`|8  
扩展阅读 tcRJ1:d  
 开始视频 n'q:L(`M  
-    光路图介绍 sSwY!";  
 该应用示例相关文件： Ahba1\,N$  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 sV5") /~  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 oP4+:r)LKD