[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) uO_,n  
V3 _b!  
应用示例简述 v(Bp1~PPZM  
[Zt# c C+  
1. 系统细节 gN, k/U8  
 光源 TvWU[=4Yk  
— 高斯光束 ?zhI=1ED%  
 组件 z>mZT.  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 L* khj3;  
 探测器 o,CA;_  
— 视觉感知的仿真 h8#5vO2  
— 电磁场分布 W7TXI~7  
 建模/设计 Wd^lt7(j  
— 场追迹： X"TUe>cM  
 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。 z{`6#  
M2;%1^  
2. 系统说明 (zS2Ndp  
4/HY[FT  
Hb A3*2  
3. 模拟 & 设计结果 wuIsO;}/9  
`i t+D  
4. 总结 462!;/y  
|{7e#ww]  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 MK-a$~<  
Evr2|4|O~  
第1步 #aitESbT  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。
BN\fv,  
nW$A^  
第2步 &\"Y/b]  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 VMxYZkMNd_  
){O1&|z-
 
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 i!S
W?\  
FylWbQU9  
应用示例详细内容 I;kf #nvao  
q)K-vt)98  
系统参数 iO%Zd[  
gro7*<  
1. 该应用实例的内容 JHvFIo   
2!{_/@I\Y  
5E]UI YAkV  
2. 设计&仿真任务 -O~C m}e  
3AdP^B<  
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>\nWancQM  
wUru1_zjO  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 q4sl=`L5Sp  
c&Gz> L  
j}|N^A_ S  
4. 参数：SLM像素阵列 y\F`B0#$  
PoYr:=S?  
=w',-+@  
5. 参数：SLM像素阵列 "C:rTIH  
^H5w41  
/Y;+PAy  
应用示例详细内容 C+/Eqq^(  
U/.w;DI
 
仿真&结果 *oEv,I_  
H/^~<U#p  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM qxf+#  
 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)。 -]Q3/"Q  
 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。 X!U]`Qh  
"[awmZ:wo  
2. VirtualLab的SLM模块 I`/]
@BdgY  

"NxOOLL  
vx04h~  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Y[f,ia  
 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。 m3U+ du  
Xy[}Gp  
3. SLM的光学功能 ?D1x;i9<  
`[X6#`<  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 c*.G]nRc  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 SW3wMPy&s  
 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。 :0nK`$'  
nURvy}<r  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd NOF?LV  
|tG05+M  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 I") H~  
w>v5oy8s-  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 'GrRuT<  
0FG5_t"",\  
4. 对比：光栅的光学功能 '/Cg*o/  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 s0gJ f[  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 B:e.gtM5  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 |$M@09,F"  
 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。 ~;}\zKQKE  
 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。 lx
m*;?j`W  
ah 4kA LO  
3b<: :t  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd A)OdQFet(  
Pg7>ce  
5. 有间隔SLM的光学功能 !)NYW4"  
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。 SxMxe,.|  
MO[c0n%  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd =nLO?qoe  
mRwXN*Izw  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 s5Pq$<  
&8Zeq3~  
\$'R+k-57;  
6. 减少计算工作量 S<V-ZV&_:U  
uH$oGY  
采样要求： pV8[l)J  
 至少1个点的间隔(每边)。 jz|
VF,l  
 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。 hl`u"?rg  
t5%T
S:u  
采样要求： 6j_ 678  
 同样，至少1个点的间隔。 x,w8r+~5  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 |4=ihB9+  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 SK?I.  
Z?-;.G*  
 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。 H4W1\u  
 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。 Umij!=GPG^  
 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)。 1bd$XnU  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 kPWBDpzN  
$Tfm/=e  
X|,["Az 8  
)GK+  
z23#G>I&  
7. 指定区域填充因子的仿真 v3-5"q!Sq  
tbg*_ZQO u  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 ^s=*J=k  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 2_wvC  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 w:v=se"U  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 ]{<saAmJC  
?5`{7daot  
Zgy7!AF!  
8. 总结 aFyh,  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 >d#3|;RY  
hv3;irK]&  
第1步 grc:Y  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 a%v>eXc  
D'<$ g  
第2步 "3wv:BL  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Zd$JW=KR]l  
扩展阅读 z4bN)W )p  
扩展阅读 eIsT!V"7  
 开始视频 9976H\{  
-    光路图介绍 o OQ'*7_  
 该应用示例相关文件： d @m\
f  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 -;vT<G3  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 l~NEGb