[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) \B"5 Kp<  
78>)<$+d  
应用示例简述 $5y%\A  
jq#_*&Eg]  
1. 系统细节 Y3r m')c  
 光源 zu&5[XL  
— 高斯光束 X-9>;Mb~y  
 组件 n'=-bj`  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 1"3|6&=  
 探测器 Zws[}G"7h  
— 视觉感知的仿真 ?-0k3  
— 电磁场分布 WS8m^~S@\  
 建模/设计 VO3&!uOd  
— 场追迹： }\}pSqW  
 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。 xc[@lr  
Q[_
{:DJA  
2. 系统说明 t9SzZ2E  
zQ9"i  
IRNL(9H  
3. 模拟 & 设计结果 3}=r.\]U  
,<F=\G_f  
4. 总结 c4ptY5R),  
.MkHB0 2N  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 \UM9cAX`  
$9<q'hf<w  
第1步 GVk&n"9kp  
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。 pC l[DE  
3^ ~M7=k  
第2步 x@I*(I  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 w~a^r]lPW
 
tGnBx)J|  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 $E3-</ f  
 S[!K  
应用示例详细内容 =LV7K8FSd  
=; Gw=m(  
系统参数 J#vIzQ  
n4Nb,)M  
1. 该应用实例的内容 n/#zx:d?  
5ckL=q"+/  
CY#|VE M  
2. 设计&仿真任务 zY~  
@5N^^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。 }&D~P>1
 
C,7d  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 O=UXe]D  
_@9[c9bO  
3~Od2nk(x  
4. 参数：SLM像素阵列 L;zwqdI  
*,<A[XP  
X.hU23w  
5. 参数：SLM像素阵列 r_nB-\  
YXI_ '  
yG\^PD  
应用示例详细内容 D ]Q,~Y&'  
VZo[\sWf  
仿真&结果 )QYg[<e6  
c*2U'A  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM eygmhaE  
 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)。 r/zuo6"5  
 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。 rx2?y3pv  
|f), dC  
2. VirtualLab的SLM模块 85CH% I#  

nMXk1`|/)x  
pgbm2mT9  
 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.uP[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。 |/<,71Ae  
gY\X?  
3. SLM的光学功能 Z`x|\jI  
j8n_:;i*  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 nZZNx  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 xIu#  
 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。 K"u-nroHW  
!v/5G_pr  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd -^sW{s0Rc  
X[/>{rK  
 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。 d: D`rpcC  
3FRz&FS:j  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd "fK`F/  
Xi$( U8J_  
4. 对比：光栅的光学功能 (:9yeP1  
 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。 V]I@&*O~r  
 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。 s~e<Pr?yu  
 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)。 $A~UA  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 8B#;ffkmN  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 a&:1W83  
Gk_%WY*  
N(i%Oxp1  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd .EeX
q}a[  
{UqSq  
5. 有间隔SLM的光学功能 hojP3 [  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 od~^''/b  
ycYT1Sg8  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd EUBJnf:q  
;:<z hO  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 -7MR2)U  
:"m~tU3&  
TljN!nv]  
6. 减少计算工作量 5)h#NkA\J  
m$N`Xj  
采样要求： $t*>A+J  
 至少1个点的间隔(每边)。 6,C2PR_+  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 s5/5>a V  
PJd7t%m;  
采样要求： t][U`1>i  
 同样，至少1个点的间隔。 %8c <C  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 758`lfz=_  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 6P,vGmR  
j,<3[  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 .CJQ]ECl7p  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 EQQ/E!N8l  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 2n]UNC  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 'I$-h<W  
ed3d 6/%HR  
%v}SJEXFp  
5>9KW7^L  
mCM7FFl I  
7. 指定区域填充因子的仿真 05
sWN0  
;8F|Q<`pV  
 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。 b\6)whh  
 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。 Yz<,`w5/6~  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 j^4KczJl  
 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)。 0cYd6u@  
IZ
){xI  
8aDSRfv*  
8. 总结
+Dvdv<+  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 s|40v@M  
kg,t[Jl  
第1步 P9d%80(b4  
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。 R$>]7-N}  
* SAYli+@  
第2步 ZtzSG@f  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 48}L!m @  
扩展阅读 ceiUpWMu,  
扩展阅读 [^N8v;O  
 开始视频 ! z!lQ~  
-    光路图介绍 l'yX_`*Iq  
 该应用示例相关文件： O$dcy!  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 v %?y5w  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 cZ8lRVaWW