空间光调制器(SLM.0002 v1.1) D<$~bUkxR I_@\O!<y} 应用示例简述 <}-[9fW
T^u ][I3* 1. 系统细节 *,hS- 光源 hK9Trr wau — 高斯光束 FX7=81**4 组件 !YL|R[nDH| — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Vu '/o[nF> 探测器 9^h\vR|]S — 视觉感知的仿真 {g}!M^| — 电磁场分布 %3scz)4$ 建模/设计 vJDK]p<} — 场追迹: %pgie"k 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。 ~U`oew 2yR*<yj 2. 系统说明 uZ( I|N$ T6JN@:8 8<M'~G%CEq 3. 模拟 & 设计结果 Rk.YnA_J6 5R}Qp<D[^ 4. 总结 ')t
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emOd<C1A 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Yu-e|: ![3#([>4> 第1步 ]&\HAmOQS 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。 _x 'R8/ Mit,X 第2步 -_Pd d[M 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 b'Qia'a% B
PTQm4TN 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 0F-X.Dq
qLBXyQ;U 应用示例详细内容 NR-d|`P;
|t*(]U2O0 系统参数 m\`dLrPX4j
<uUQ-]QOIh 1. 该应用实例的内容 S-{[3$ 3TqC.S5+ QU^*(HGip 2. 设计&仿真任务 sHD8#t^{
YO7Y1(` 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。 bqp6cg\p l
T~RH0L 3. 参数:输入近乎平行的激光束 6M9t<DQV 3Yf&F([t Aifc0P-H 4. 参数:SLM像素阵列 M*FUtu
P'f
=r% ,#[0As29u 5. 参数:SLM像素阵列 ~>&7~N8 O6Bs!0, nf&PDv1 应用示例详细内容 1>P[3Y@}
qd#?8 仿真&结果 0X@!i3eu
ntbl0Sk 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM \"Z^{Y[,; 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)。 V(_OyxeC{2 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。 |D+"+w/ z<aB GG 2. VirtualLab的SLM模块 $Llv6<B
Qd;P?W6
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为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 f =@'F=
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。 zWKnkIit,
Ix@rn 3. SLM的光学功能 koOkm:(,
OE' ?3S 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 jGpSECs 为此,将区域填充因子设置为60%。 c} )U:?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。 hw! l{yv -F=?M+9[ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ~_opU(;f .GcIwP'aU- 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。 q1ybJii {y)O?9q 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ws8@yr<R <knf^D<" 4. 对比:光栅的光学功能 ]&6# {I- 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。 XN9s!5A<L) 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。 :5Vk+s]8 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)。 K~'!JP8@ 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。 2%| 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。 Z(DCR/U=(>
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x`T 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd xC N6?
Zjis0a]v~k 5. 有间隔SLM的光学功能 fkf69,+"] 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。 Mo?eVtZ E;!pK9wL| 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ;1qE:x}'H 7P1G^) 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 3ARvSz@5 j>jZg<}J U\aP 6. 减少计算工作量 .Zo%6[X h OYm
=r
;W%nBdE6| 采样要求: ,b[}22 至少1个点的间隔(每边)。 /`(Kbwh 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。 :5)Dn87 k=;>*:D% 采样要求: _Z~cJIEU 同样,至少1个点的间隔。 dRwOt 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 fM,!9}< 随填充因子的增大,采样迅速增加。 8A q [@i WgHl.
:R 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。 m(0sG(A~ 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。 +*u'vt? 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)。 {g8uMt\4 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 3V=(P.A Tm OAigq6[, h>Z NPP8N
$ti*I;)h4 减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
M)v\7a 7. 指定区域填充因子的仿真 nW)-bAV<
&UzeNL"] 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 W,sU5sjA 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 s|er+-' 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 Y~I$goT 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)。 0|6]ps4Z7 E :gS*tsY }f
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8. 总结 7D'-^#S5 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 'XW[uK]w) <//82j+px 第1步 H~Z$ pk% 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。 y{&k`H \9;SOA v 第2步 :r4]8X- 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 nP]tc 扩展阅读 RYhaQ&1i 扩展阅读 ~kDR9s7 开始视频 !LGnh - 光路图介绍 $'Pn(eZHGv 该应用示例相关文件: TtZZjeg+V - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 }iGpuoXT`
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