[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) g [L  
+TX/g~  
应用示例简述 Auac>')&Q  
ntHT  
1. 系统细节 H@W0gK(cS;  
 光源 \y~)jq:d"  
— 高斯光束 'lQ
YJ0  
 组件 xrI}3T  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 uPU#c\  
 探测器 Oxa5Kfpa  
— 视觉感知的仿真 Z<]VTo  
— 电磁场分布 l%PnB )F  
 建模/设计
pGkef0p@  
— 场追迹： qS]G&l6QF  
 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。 chLeq  
!;WbOnLP  
2. 系统说明 WOb8"*OM  
NsmVddj  
lU$X4JBzS  
3. 模拟 & 设计结果 !%62Phai  
I#c(J  
4. 总结 6ZgNHARS  
B9W/bJ6%  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ,%8$D-4#_  
^pw7o6}  
第1步 ZR mPP  
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。 gz\j('~-D  
b%<jUY  
第2步 $jcz?vH  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 M,G8*HI"  
1ypjyu  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 gMay  
ua:9`+Dff  
应用示例详细内容 {X]9^=O"  
Sj1r s#@1  
系统参数 gvr]]}h:O  
Hdna{@~  
1. 该应用实例的内容 .
f%vDBJS  
\E&thp  
s((b"{fFb  
2. 设计&仿真任务 hU+#S(t>b  
T>5wQYh$'  
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。 B[7A  
d~/xGB`<  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 I1v@\Rb  
1:5P%$?b  
j]Ua\|t  
4. 参数：SLM像素阵列 ec1Fg0Fa  
`.`FgaJ |  
wOM<XhZ  
5. 参数：SLM像素阵列 l]>!`'sJL  
VLx T"]
f  
2_I+mQ  
应用示例详细内容 x3_,nl  
pKYLAt+^>  
仿真&结果 *NF&Y  
K)N)IZ1q  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 8nf4Jk8r  
 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)。 6ku8`WyoF  
 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。 xpz`))w  
_rG-#BKW8L  
2. VirtualLab的SLM模块 P 4H*jy@?  

WQTe
ndS  
A` =]RJ  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 bsMC#xT  
 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。 nE^wxtY  
wNbTM.@  
3. SLM的光学功能 VrudR#q  
~{9x6<g!  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 6\XP|n-0+0  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 "LXXs0  
 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。 zQ=aey%  
zK,~37)\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd :nt}7Dn'  

PXR0Yn  
 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。 Vj29L?3  
VBhE{4J  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Fr<Pe&dn  
D`8E-Bq  
4. 对比：光栅的光学功能 rdFs?hO  
 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。 #qPVQt  
 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。 q~mcjbLz  
 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)。 ~;TV74~rr  
 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。 
]}5`7  
 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。 {~
":;  
Bk@bN~B4  
rknzo]N,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd BzN/6VEw  
h!ZZ2[  
5. 有间隔SLM的光学功能 7jh
l0  
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。 F=:F>
6`  
gq=0L:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ZV0) ."^Z  
[;)~nPjI  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 }'%$7vL`Ft  
{|G&W^`  
:m)c[q8  
6. 减少计算工作量 X5|?/aR}  
K,Lr+  
采样要求： 5/*)+  
 至少1个点的间隔(每边)。 [''=><  
 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。 GcPB'`!M  
~_(!}V
 
采样要求： bBd*}"v^"  
 同样，至少1个点的间隔。 jY1^+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。 3L%Y"4(mm  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 V=:,]fTr  
h<t<]i'  
 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。 1OuSH+  
 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。 44z=m MR<  
 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)。 \xy:6gd:  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 FuIWiO(  
A;K{&x  
T9aTEsA[U  
KB$ vQ@N  
NHst7$Y<  
7. 指定区域填充因子的仿真 u0<d2Y  
5;r({J  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 ZS07_6.~  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 w;yar=n  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 rCV$N&rK  
 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)。 GA({ri  
Lqy|DJ%  
Nj! R9N  
8. 总结 5|{  t+u  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 QSlf=VK*y  
EfMG(oI  
第1步 F>hVrUD8  
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。 vq@#Be?@  
h9@gs,'   
第2步 1K
fJl S+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 P2<gHJ9t  
扩展阅读 LWp?U!N  
扩展阅读 KyVe0>{_u  
 开始视频 IFHgD}kp%#  
-    光路图介绍 bYRQI=gW':  
 该应用示例相关文件： 4c493QOd  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 2b vYF;<r  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 6"#Tvj~-8