[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) qR<DQTO<  
4|L@oTzx  
应用示例简述 8JrGZ8Q4RM  
&}$D[ 4N  
1. 系统细节 Mfr#IzNHN  
 光源 -Mv
w'#(0  
— 高斯光束 eC{Z  
 组件 ;X6y.1N~  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 kC5,yj  
 探测器 >z -(4Z  
— 视觉感知的仿真 )89jP088V  
— 电磁场分布 ~b[4'm@  
 建模/设计 5gEfhZQ  
— 场追迹： \@3  
 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。 Kzu9Qm-+z^  
PPO<{  
2. 系统说明 NETC{:j  
mlWIq]J  
zs:7!  
3. 模拟 & 设计结果 mX?{2[  
~?5m5z O  
4. 总结 $:N "*  
}x1IFTa!  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 z{0;%E  
&RrQ()<as  
第1步 CEq]B:[IC  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。
(NC>[  
;T+U&U0d|  
第2步 * _lo;  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 -\$cGIL  
D*gVS  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 [s{:}ZuKc  
:t S"sM  
应用示例详细内容 8m6nw0  
4Z9 3g{  
系统参数 ZC*d^n]x.  
I=yj  
1. 该应用实例的内容 'sBXH EZA]  
U(=9&
c@]  
}C"*ACjF  
2. 设计&仿真任务 %,cFX[D/)  
Pq>[q?>?  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 +%\j$Pv  
pQ:P
wyU  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ^!F5Cz 48  
cgXF|'yI&l  
/B\-DP3K  
4. 参数：SLM像素阵列 ?mR[A`J58  
TK/'
=8  
vW-`=30  
5. 参数：SLM像素阵列 %O=V4%"m\  
s [F' h-y  
]</4#?_  
应用示例详细内容 X7d.Ie  
hYXZ21(K#  
仿真&结果 |kNGpwpI  
3e6Y
 
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM #]DZrD&q  
 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(.c, q@  
 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。 9r+O!kF(  
h4\6
h  
2. VirtualLab的SLM模块 
HU[n
N*  

za]p,bMX  
H..ZvGu  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 %s@S|< W  
 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。 EN)A"  
TWR$D  
3. SLM的光学功能 SslY]d]  
7(~H77  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 B%J%TR_  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 rYFau1  
 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。 .e2A*9,  
{I-a;XBX  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd zL}
,`:(.  
/3[9{r  
 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。 M1^C8cz  
_`Q It>R  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd bxdXZBn  
Sj{ia2AE_  
4. 对比：光栅的光学功能 Pb8Z))9j  
 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。 "8muMa8Q%  
 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。 VHT@s7u0"  
 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)。 [)SR$/A  
 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。 ,#bb8+z&p  
 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。 L=HVdeE  
Hg9.<|+yo  
"?SOBA!vy  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Xs>s|_T  
3U~lI&  
5. 有间隔SLM的光学功能 -[pCP_`)u  
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。 hiMyFvA4  
%+xwk=%*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd mheU#&|  
`N,Vs n"  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 0/:=wn^pg  
1U7,X6=~  
W
~u  
6. 减少计算工作量 27a*H1iQ  
e*P=2*]M  
采样要求： 9fuJJ3L[  
 至少1个点的间隔(每边)。 ^b"bRQqm  
 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。 9PKoNd^e  
lkg"'p{  
采样要求： 3@yTzaq6  
 同样，至少1个点的间隔。 Be{/2jU%  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 $Pd|6  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 G*(K UG>  
=a9etF%B  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 W{A #]r l  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 8Z dUPW\e  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 b4v(k(<  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 W]
O@DS zR  
7!r#(>I6?1  
Q=(@K4  
v_z..-7Dq+  
v]:+`dV  
7. 指定区域填充因子的仿真 ^`rpf\GX(  
M?Ndy*]  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。
={`CHCI  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 hV-VeKjZ(  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 i,#k}CNu  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 *#1y6^  
^q
eY9O  
Dn_"B0$lk  
8. 总结 *K(k Kph
 
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 H|;*_  
2e9jo,i  
第1步 ;8ET!&k*>E  
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。 iiX\it$s  
> -y&$1  
第2步 *;hY.EuoFz  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 u^Nxvx3l0  
扩展阅读 pWs\.::B  
扩展阅读 #wenX$UTh3  
 开始视频 bmOqeUgB  
-    光路图介绍 76-jMcGi  
 该应用示例相关文件： Vi|7%!j<  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 S]&8St  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 wG1y,u'