[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) J3}C T  
ghd[G}  
应用示例简述 O09g b[  
?j$8Uy$$  
1. 系统细节 SE-, 1p  
 光源 NTX+7<  
— 高斯光束 yW,#&>]# |  
 组件 KdQ|$t  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Dq1XZ%8  
 探测器 2o3k=hKS  
— 视觉感知的仿真 ]]QCJf@p  
— 电磁场分布 hr"+0KeX  
 建模/设计 qf&
{O:,Z  
— 场追迹： WD`{kq
c  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 _I"<?sh3  
~5qZs"ks  
2. 系统说明 #Lt+6sa]2@  
sEi.f(WA  
X1QZEl  
3. 模拟 & 设计结果 cx%9UK*c  
]Lft^,7  
4. 总结 ;xC~{O  
%lW:8ckL  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。  0 9'o  
&zDFf9w2{  
第1步 @uD{`@[  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 (j Q6~1  
'"p*FN  
第2步 03\8e?$  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 P[K T  
PS;*N8  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 k"-#ox!  
e[o ;l  
应用示例详细内容 C8zeqS^N  
k(Xv&Zn  
系统参数 '
UCx^-  
9 9BK/>R  
1. 该应用实例的内容 l+qtA~V&2  
Pu*UZcXY  
-zkL)<7  
2. 设计&仿真任务 -\v8i.w0  
@
n'ss!h  
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。 UwT$IKR  
[m&ZAq  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 dR{ V,H7N  
-{mq\GvGn  
H5t`E^E  
4. 参数：SLM像素阵列 5ml}TSMu'  
|^!@
  
"$YLU}S9  
5. 参数：SLM像素阵列 1D DOUV  
HKw4}FC*  
Bq`kVfx  
应用示例详细内容 Jtk(yp{Zz  
mSeNM  
仿真&结果 JPKZU<:+V  
&cE,9o%FZ  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM IV*$U7~  
 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)。 '" yl>"  
 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。 Uwa1)Lwn  
POs~xaZ`
H  
2. VirtualLab的SLM模块 TnAX;+u  

W}3vY]  
g+*[CKO{  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 6[7k}9`alz  
 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。 d69VgLg  
wB"Gw` D  
3. SLM的光学功能 =1Jo-!{{  
l]&)an  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 4+bsG6i  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 !-~(*tn  
 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。 NDGBvb  
H4jqF~  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ZeV)/g,w  
6>J#M  
 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。 4f,x@:Jw  
Z8UM0B=i  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 4VgDN(n0@  
ij5YV3  
4. 对比：光栅的光学功能 xc?<:h"  
 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。 w7u >|x!  
 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。 `h6W@ROb  
 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)。 =Y[Ae7e  
 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。 s~G{-)*  
 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。 3J<,2
 
h65j,v6B  
Df^S77&c!  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd IrC=9%pd$R  
L~~Yh{<  
5. 有间隔SLM的光学功能 >j3N-;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。 Z]d]RL&r  
iSHl_/I<  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd @Iu-F4YT  
_TF>c:m3  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 pM3BBF%  
X3yr6J[ ^  
[DwB7l)O(  
6. 减少计算工作量 sd%~pY}  
H=C;g)R  
采样要求： M='Kjc>e  
 至少1个点的间隔(每边)。 H;1}Nvvd  
 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。 pkx>6(Y  
Y{=@^4|]  
采样要求： oDa{HP\O]W  
 同样，至少1个点的间隔。 /jD'o>  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。
ej+!|97M  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 (i8t^  
}__+[-  
 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。 J^4k}  
 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。 $'q(Z@  
 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)。 "Cb<~Dy  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 HJmO+  
0J~4   
-}@9lhS,  
-wB AFr  
C#>C59  
7. 指定区域填充因子的仿真 cht#~d  
Q1z04m1_y[  
 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。 S

J5kA`  
 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。 S6]':  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 <X?F :?Mk  
 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)。 )Yml'?V"  
eAMT72_  
,"o\_{<z  
8. 总结 "|if<
hx+  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ,ME9<3Ac  
N"TD$NrK\  
第1步 00i9yC8@6  
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。 ,tZ
wXP{  
1*f
A>v  
第2步 2olim1  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ~"k'T9QBY  
扩展阅读 c+JlM1p@  
扩展阅读 n[@Ur2&)  
 开始视频 {/ta1&xyG  
-    光路图介绍 2xX7dl(cC  
 该应用示例相关文件： y.zQ `  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Ty=}A MMyE  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
<mN3:G