[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) )1)&fN41i#  
bvJ*REPL?  
应用示例简述 0U2dNLc  
'?$<k@mJW  
1. 系统细节 ]go.IfH  
 光源 K=P LOC5  
— 高斯光束 C+C1(b;1  
 组件 EYZ,GT-I  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 g(F2IpUm/  
 探测器 a uve&y"R  
— 视觉感知的仿真 "(a}}q 9-  
— 电磁场分布 PJh9
7%7  
 建模/设计 RS7J~Q  
— 场追迹： d%1Vby  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 ggHl{cl)  
hLyV'*}  
2. 系统说明 k{\a_e`  
EOGz;:b&  
iz`ys.Fu  
3. 模拟 & 设计结果 *MN("<A_  
Tz/[P:O3  
4. 总结 DH4|lb}  
ve*6WDK,H  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 (=s%>lW|  
DEenvS`,P  
第1步 aS+i`A:a  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 B=i%Z_r]w  
rT{2  
第2步 K$ |!IXs  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 t`x_@pr  
/5:qS\Zl  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 PO0/C q)  
Sr6?^>A@t  
应用示例详细内容 CDFkH  
Dr#V^"Dte  
系统参数 u$1^=  
${7s"IX  
1. 该应用实例的内容 M3q7{w*bM  
N*Xl0m(Q  
jx];=IC3tt  
2. 设计&仿真任务 Ozc9yy!%  
TfA;4^  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 fH_Xm :%  
`?vI_>md'!  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 .@f)#2  
J2$=H1-  
3;EBKGg|  
4. 参数：SLM像素阵列 3WY:Fn+#  
Hd~fSXFl  
D+Z,;X
Z  
5. 参数：SLM像素阵列 _dn*H-5hO  
$b"Ex>  
hmtDw
,j  
应用示例详细内容 ~ZRtNL9  
:J6FI6  
仿真&结果 <D(|}5qR  
BKW%/y"  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM )0 i$Bo  
 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)。 ;UWp0d%  
 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。 ._}Dqg$  
IS }U2d,W  
2. VirtualLab的SLM模块 \'Ca
%j  

lKy4Nry9  
[{rne2sA  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 U,^jN|v  
 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。 Z+! 96LR  
]"\XTL0  
3. SLM的光学功能 >4AwjS}H  
>qynd'eToR  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Sy34doAZ  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ~DK=&hCd!  
 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。 SCD;(I~4  
\!'K#%]9  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 4fdO Ow  
Gjf1Ba  
 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。 0Ewt >~n  
*uZ'MS  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd M%FKg/  
A/*h[N+2!  
4. 对比：光栅的光学功能 +8
V|  
 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。 1 ,4V8gp  
 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。 C)qP9uW  
 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)。 ~d
j4Q eu  
 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。 tsqWnz=)  
 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。 JWs?az  
h5m6 )0"  
d0@czNWIC  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd q e;O Ox  
tM{U6k  
5. 有间隔SLM的光学功能 d`4@aoM  
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。 7!E7XP6,~>  
ZlsdO.G  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd G@]|/kN1y  
>dqeGM7Np>  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 aQhr$aH  
U})Z4>[bvt  
1'g{tP"d  
6. 减少计算工作量 de?lO;8  
]$96#}7N  
采样要求： 'l3K*lck  
 至少1个点的间隔(每边)。 i3\6*$Ug  
 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。 Oe%jV,S|V  
Y=N; Bj  
采样要求： f:K`MW  
 同样，至少1个点的间隔。 H)&pay  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 LC:bHM,e  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 -}2e+DyAy  
wC[Bh^]  
 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。 1f`=U0  
 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。 1)f~OL8o  
 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 ]WA-Q6n  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 E8.xmTq  
}D&fw=r"M  
IKV:J
9  
b/Z0{38  
|K6hY-uC  
7. 指定区域填充因子的仿真 Yl6\}_h`  
O6pL )6d  
 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。 U1^R+ *yp  
 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。 S4Vv _k-&  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Q-GnNT7MB3  
 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)。 }X`jhsqT  
]xIfgSq  
`FM^)(wT  
8. 总结 VX;tglu2  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 zl!`*{T{  
y3O Nn~k  
第1步 _('KNA~
 
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。 '{:Yg3K  
cAE.I$T(  
第2步 -cHX3UAEI  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 h}U\2$5  
扩展阅读 J12ZdC'O  
扩展阅读 8\^[@9g3\3  
 开始视频 txwTJS
cg  
-    光路图介绍 4;ig5'U,  
 该应用示例相关文件： P2Ja*!K]  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 QAy9RQ0  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 zoV-@<Eh