[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) .C&ktU4  
jqv-D  
应用示例简述 ? i( %  
dE:+k/  
1. 系统细节 y$@ZN~8  
 光源 Cg&e(  
— 高斯光束 %%NlTE8*  
 组件 BlXB7q,  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 hJDi7P  
 探测器 x*?x=^I{  
— 视觉感知的仿真 Pm lx8@D  
— 电磁场分布 T'4z=Z]w  
 建模/设计 Hj:r[/  
— 场追迹： 1jy9lP=  
 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。 c}y [[EX  
I3,= 0z  
2. 系统说明 P^w
#S  
!|O~$2O@  
lD"(MQV@0  
3. 模拟 & 设计结果 hg+X(0  
}"=AG  
4. 总结 wm)#[x #  
89\n;5'f4  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 &K/ya7  
qxFB%KqU  
第1步 #;%JT   
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。 '[C.|)"  
UVw~8o9s  
第2步 4F{)i  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Xb{ [c+.  
>S'17D  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 uoHNn7W  
%kB8'a3  
应用示例详细内容 A-4h  
bzX\IrJpOZ  
系统参数 COW}o~3-4  
Y}uCP1v  
1. 该应用实例的内容 FI3)i>CnW  
5dB'&8DX  
ve% xxn:  
2. 设计&仿真任务 *M$0J'-B
Q  
0KGY\,ae:;  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 @6mBqcE'?  
r6&54f  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 mnmP<<8C,  
N5i+3&  
R}lsnX<  
4. 参数：SLM像素阵列 KuMF^0V%c  
)('%R|$ /  
VUhbD  
5. 参数：SLM像素阵列 wi4=OU1L)a  
3'^k$;^  
O2BW6Wc  
应用示例详细内容 Gi "941zVl  
o>7ts&rk  
仿真&结果 G}FIjBE  
\'9PZ6q{  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM gFHTG  
 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)。 |b-]n"}c>  
 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。 nWMmna.5  
z.Y$7bf)  
2. VirtualLab的SLM模块 K91)qI;BD  

E;1Jh(58)b  
/)dFK~  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 f-5:wM&  
 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。  b^p"|L  
h=(DX5:A  
3. SLM的光学功能 5g9; +}X;  
CMn{LQcC  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 xj[(P$,P  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 :dLAs@z  
 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。 >2< 8kBF_  
8Goh4T H  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd v>
Mnl  
9:e YU =  
 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。 {;.T7dL  
X`fn8~5
 
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd QK+(g,)_86  
KyzFnVH3)  
4. 对比：光栅的光学功能 <
x&%
~6j  
 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。 1P(|[W1  
 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。 !}4MN:r  
 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)。 ({NAMc*  
 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。 04*6(L)h*  
 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。 X+~ XJ  
_>v<(7  
Vo7dAHHL  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 59#lU~K
v  
`\m*+Bk[5  
5. 有间隔SLM的光学功能 @"o@}9=d  
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。 x3u4v~ "-  
'&sE=.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd SL,p36N  
h68]=KyK  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 V=lfl1Ev0J  
5*0y7K/D  
a\%xB >LX  
6. 减少计算工作量 9JWa$iBH@  
)x]3Zq  
采样要求： !H2QjW  
 至少1个点的间隔(每边)。 #^4,GLIM  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。  y2+p1  
=i(?deR  
采样要求： TARXx>  
 同样，至少1个点的间隔。 [Tnsr(Z  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ?X5]i#j[  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 06Gt&_Q  
\tRG1&{$%  
 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。 sF7^qrVQP9  
 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。 9{$'S4  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 M{$j  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 4&HXkRs:  
W,K%c=  
&<+ A((/i  
_$p$")  
gN>2xnh'm  
7. 指定区域填充因子的仿真 @rHK(25+d  
Ed:eGm }  
 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。 R@wjccu  
 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。 2QNNp:`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。 ncSFj.}w]  
 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)。 *#TYqCc+g  
w ~dk#=  
1&/FG(*/  
8. 总结 qiZO _=0  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 S=xA[%5  
kEO7PK/  
第1步 3&x-}y~sg  
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。 k@ K
7yK  
fRfn2jA)d  
第2步 gt\MS;jMa  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 \@>b;4Fb+N  
扩展阅读 o0ZM[0@j  
扩展阅读 <jS~ WI@  
 开始视频 xP=/N!,#  
-    光路图介绍 vfNAs>Xg"  
 该应用示例相关文件： KK,Z"){  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 .0G6flD   
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 I2a6w<b