[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) >gFEA0-  
{@w!kl~8  
应用示例简述 OFe?T\dQn  
c})f&Z@<  
1. 系统细节 I?!7]Sn$  
 光源 2RC|u?+@  
— 高斯光束 _r&,n\ T  
 组件 N9A#@c0O  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 `c~J&@|  
 探测器 8Mf{6&F=  
— 视觉感知的仿真 x[5uz))  
— 电磁场分布 K6l{wyMb|  
 建模/设计 !+# pGSk  
— 场追迹： Wy`ve~y  
 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。 1fzHmD  
fNnemn@>  
2. 系统说明 ht1d[  
HM(S}>  
M$0-!$RY  
3. 模拟 & 设计结果 yMoV|U6  
_rU%DL?  
4. 总结 @ =M:RA  
da
/Tms`T  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Lradyo44u\  
n$O[yRMI[  
第1步 J@vL,C)E6  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 C>:'@o Z  
7A mnxFC  
第2步 J*} warf&  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 gL:Vj%c  
"$Mz>]3&q  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Z.DO 2=+=  
M)JKe!0ad1  
应用示例详细内容 6*\WH%  
q&RezHK l  
系统参数 @jxAU7!  
(L3Etan4RE  
1. 该应用实例的内容 RU_wr<  
88l\8k4r  
@z-%:J/$  
2. 设计&仿真任务 NM{/r
vM  
f6r~Ycf,f  
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。 i=^!? i  
/e
O:1c  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 zG. \xmp  
"A]Xe[oS  
UTL
uzm  
4. 参数：SLM像素阵列 -0>gq$/N=^  
Sd |=*X  
"h'+!2mf  
5. 参数：SLM像素阵列 $%P?2g"j,  
!Enq2  
H-|%\9&{S  
应用示例详细内容 W Y]  
j LS<S_`  
仿真&结果 7H l>UX,|  
j*'+f~A  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ~Bi>T15e  
 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)。 G8t9Lx  
 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。 l3O!{&~K  
9k.5'#  
2. VirtualLab的SLM模块 :yi?<  

G=ly .  
=}D9sT  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Oe~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。 pRys 5/&v  
:2zga=)g  
3. SLM的光学功能 J_S8=`f%  
?XIB\7}  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 pv[Gg^  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Kt#_Ln_6  
 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。 bpx ^  
>2t.7UhDI  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd JuKG#F#,  
-Is;cbfLj/  
 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。 zo| '  
H-&T)  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 1p5n}|  
qeUT]* w  
4. 对比：光栅的光学功能 ;0vCZaEF  
 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。 Fc6o6GyL|o  
 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。 4^Y{ BS fF  
 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)。 2rV]n  
 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。 , UsY0YC  
 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。 xWnOOE$i  
4OaU1Y[  
hGy[L3{  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd T!7B0_  
`+m:@0&L  
5. 有间隔SLM的光学功能 vR3\E"Zi  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 48IrC_0j  
3Cw}y55_y  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd Xwo%DZKN  
?XbM  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 w7@TM%nS  
KTq+JT
u  
4iI4+  
6. 减少计算工作量 l+a1`O  
_70Z1_;  
采样要求： ^6On^k[|fw  
 至少1个点的间隔(每边)。 ;,}Dh/&E  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 Fq$r>tmV  
GXp`yK9c  
采样要求： "ze-Mb  
 同样，至少1个点的间隔。 @-ml=S7;Sz  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 )dd1B>ej]  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 a$j ~YUG_  
Yb=77(QV  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 ]h?q1   
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 `Gj(>z*  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 |M&4[ka}  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ,v<7O_A/e  
'451H3LC0  
D5bPF~q  
,$} xPC  
3vs{*T"  
7. 指定区域填充因子的仿真 +Bf?35LP  
yQ)&u+r  
 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。 vc :%  
 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。 YF)]B|I  
 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_P@I<M|~  
 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)。 5Xf]j=_  
RfO
JUz  
6w=`0r3hy  
8. 总结 $g^D1zkuDT  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 %vv`Vx2  
/w1M%10   
第1步 Khb Ku0Z  
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。 ! ,bQ;p3g|  
ftG3!}  
第2步 ;=7K*npT  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 au04F]-|j8  
扩展阅读 eP,bFc  
扩展阅读 '4nJ*Xa  
 开始视频 xeL"FzF:V  
-    光路图介绍 Y hQ)M5  
 该应用示例相关文件： 0,nz*UDk  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 :r@
t'  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 x_/}R3d