[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) %hYgG;22  
Bgc]t
  
应用示例简述 k B]`py!  
H"AL@=  
1. 系统细节 n Ab~  
 光源 %w65)BFQ  
— 高斯光束 g[pU5%|"[  
 组件 \vT~2Y(K  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ^)>( <6  
 探测器 66eJp-5e8  
— 视觉感知的仿真 zs#-E_^%M  
— 电磁场分布 (Fzy8 s  
 建模/设计 QNMZR  
— 场追迹： P5_Ajb(@'  
 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。 )f:i4.M  
tpcB}HUv  
2. 系统说明 .i4aM;Qy  
`~u=[}w  
X<;.  
3. 模拟 & 设计结果 f't.?M  
o( zez  
4. 总结 08nh y[  
&]n }fq  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Ie^Ed`  
'M"z3j]m-,  
第1步 P knOeW"j  
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。 [6mK<A,/  
0@"'SKq  
第2步 AEyD?^?  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 J2VPOn  
?;W"=I*3  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 F7JO/U^oU  
*%;A85V/  
应用示例详细内容 C
b{D[  
U U_0@V<  
系统参数 %;:![?M  
; D
<k  
1. 该应用实例的内容 n?r8ZDJ'  
}}TPu8Rl  
Wu$ryX  
2. 设计&仿真任务 Sr6'$8#>Y  
WS n>P7sY  
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。 <h/q^|tZ{  
t^":.}[Q  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 \UK}
B  
u/j\pDl.  
2: gh q  
4. 参数：SLM像素阵列 wL),/i&<  
.Bl:hk\  
A2ye ^<-C.  
5. 参数：SLM像素阵列 j67a?0<C2U  
y{mt *VA4  
,byc!P  
应用示例详细内容 =A6*;T"W  
QHO n?e  
仿真&结果 b_ZvI\H  
0j!<eN=  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM q&@s/k  
 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)。 3 twA5)v  
 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。 30^q_|l:]  
$jh$nMx)!  
2. VirtualLab的SLM模块 Q.B)?w
m  

;?HP/dZLz  
|k6+- 1~_  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Z]b;%:>=  
 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。 QoxYzln  
9~~NxWY%x  
3. SLM的光学功能 fu\j  
yGtTD9j  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 L3I$ K+c  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 [&99#7B  
 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。 j$Ndq(<tG  
Q9OCf"n$  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd .S,E=  
u $-&Im<  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 Fya*[)HBo  
ZOPK  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Ox J0."  
-b!Z(}JK  
4. 对比：光栅的光学功能 :|V650/  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 vE(]!CB  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 }@6Ze$>  
 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)。 &Pme4IHtm  
 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。 bh5D}w  
 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。 )e0kr46  
bEcN_7  
Mu/(Xp62  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd P,pC Z+H  
5T.U=_ag  
5. 有间隔SLM的光学功能 *yT>  
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。 ^*fD  
(^i
F)z  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ep"{{S5g  
\VhG'd3k  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 rAP="H<  
8'@5X-nD  
L<=Dl  
6. 减少计算工作量 %]7 6u7b/  
?u:`?(
\  
采样要求： 1LS1 ZY  
 至少1个点的间隔(每边)。 I]d-WTd  
 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。 99*k&mb  
RgV3,z  
采样要求： sm'_0EUg  
 同样，至少1个点的间隔。 `>UUdv{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。 v@QnS  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 P`@Rt  
=| T^)J  
 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。 |HT7m5tu4  
 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。 *;}xg{@  
 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)。 Z:^#9D{  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 IH=$ wc  
+pG+ xI  
V5$Gb6?K  
rP]|`*B  
OR6vA5J  
7. 指定区域填充因子的仿真 AJ6l#j-  
rM.Pc?Z
 
 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。 xz0t8`NoN  
 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。 2iM}YCV  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 kCD]&  
 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)。 D+:s{IcL<  
AP%R*0]  
94&t0j_  
8. 总结 y}oA!<#3  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 /7"V~c6  
b?OA|JqX  
第1步 az![u)  
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。 <eMqg u  
}*rSg .  
第2步 A^
M]vk%dg  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 |dEPy-Xe  
扩展阅读 67&IaDts  
扩展阅读 Q/3
*65  
 开始视频 Kkovp^G  
-    光路图介绍 9d|8c > I  
 该应用示例相关文件： %dnpO|L  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ?XdvZf $  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 `},:dDHI