[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) ^'jEnN(  
& /4k7X}y  
应用示例简述 Skz|*n|eY  
RaTH\>n  
1. 系统细节 GQ_p-/p R  
 光源 R1Ye<R!Q  
— 高斯光束 xm6EKp:  
 组件 &P,^.'  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 =YG _z^'  
 探测器 NvN~@TL28  
— 视觉感知的仿真 w{dIFvQ"$  
— 电磁场分布 M_LXg%  
 建模/设计 v2,%K`pAU  
— 场追迹： BA=,7y&;j  
 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。 6'W[{gzl  
zS< jd~  
2. 系统说明 8UkKU_Uso  
[&*6_q"V  
MZ+e}|!4,  
3. 模拟 & 设计结果 Bb{!Yh].:A  
@/&b;s73  
4. 总结 L^^4=ao0  
it2 a  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。
J1XL<7  
Eq:2k)BE  
第1步 G4 G5PXi  
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。 i!~'M;S  
OUP?p@%]<  
第2步 s s 3t  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 8z5# ]u;  
"g+z !4b#  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 W9oAjO NE  
%c)[ kAU!  
应用示例详细内容 ~m*,mz  
-|Kzo_" v5  
系统参数 K)Zlc0e  

gw _$  
1. 该应用实例的内容 Z2"?&pKV  
gh6d&ucQ^  
&:=$wc  
2. 设计&仿真任务 8j1ekv  
(5^ZlOk3  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 [_xyl e  
2u?zO7W)-L  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 7<9L?F2  
w{ `|N$  
wNE$6  
4. 参数：SLM像素阵列 ):EBgg4-N  
0|D&"/.R#!  
3?&h^UX  
5. 参数：SLM像素阵列 F~U!1)  
F^!mI7Z|(2  
sCl$f7"  
应用示例详细内容 vw<K}z  
2q}..  
仿真&结果 `B8tmW#
  
;3C:%!CdA]  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM  8RwX=  
 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)。 @6o]chJo  
 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。 DG;y6#|p  
>6Lm9&}
 
2. VirtualLab的SLM模块 #
fhEc;t  

f c6g  
(bn Zy0  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 H;WY!X$x  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 8O1K[sEjui  
6ri\>QrF  
3. SLM的光学功能 y|_Eu:  
ix Z)tNz  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 U\+&cob.  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 6gOe!mm  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 oN(-rWdhZ  
ED} 31L  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd [RU NuO   
ELa ja87  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 I_ "Z:v{  
pw'wWZE'  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 0'$p$K  
kpob b  
4. 对比：光栅的光学功能 @kD8^,(oH  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 9>,Qgp,w  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 '~-IV0v9  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 _>bRv+RVR  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 N~,_`=yRx  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 ^&c$[~W  
iz}sM>^  
(*l2('e#@  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd <8(?7QI  
u}H$-$jE  
5. 有间隔SLM的光学功能 ,=[*Lo>O  
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。 0o&}mKe  
i+M*J#'  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd >HkhAJhW  
=;c_} VY  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 hhRaJ  
evl-V>  
]@xL=%  
6. 减少计算工作量 :_d3//|  
J+<p+(^*v  
采样要求： 
{`.O|_b  
 至少1个点的间隔(每边)。 nx4P^PC  
 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。 >mIg@knE  
!eD+GDgE]  
采样要求： Nh)[rx  
 同样，至少1个点的间隔。 w;`m- 9<Y  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 O25mkX  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 q/6UK =  
@Y'I,e  
 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。 fCEz-TMW  
 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。 9d[qhkPu)  
 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)。 "xwM+AC  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ~oi_r8K  
+*EKR  
_dmL}t-  
a[O6YgO  
#w~0uCzQ@  
7. 指定区域填充因子的仿真 LC
'F<MpM  
k0&lu B%  
 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。 kHU"AD}.  
 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。 M4<+%EV}  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 }bfn_ G  
 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)。 -l.pA(O  
\C\gn]Z  
E#h~V5Tf  
8. 总结 ^LO]Z  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 `Wf5  
q`loOm=y  
第1步 2lz {_9  
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。 o`U|`4,  
M]ap:  
第2步 =WRO\lgv.  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。
Dsb(CoWw  
扩展阅读 W]LQ &f  
扩展阅读 _bQL[eXd  
 开始视频 6D*chvNA;  
-    光路图介绍 +L6" vkz  
 该应用示例相关文件： a@SUi~+3  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 W'G{K\(/  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 %1jdiHTaL