空间光调制器(SLM.0002 v1.1) ?OjZb'+=K A$ 2 AYQ 应用示例简述 X 8/9x-E_
pzr\<U` 1. 系统细节 0c}pg:XT 光源 n1XJuc~ — 高斯光束 #Sg< 9xsW 组件 bqPaXH
n — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ,i]X^z5! 探测器 h95a61a,Vy — 视觉感知的仿真 yj$a0Rgkv — 电磁场分布 &[yW}uV<7 建模/设计 QH>e_ — 场追迹: L/Tsq= 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 Xmb001 sh#hDU/</ 2. 系统说明 C\`*_t t GS>f>i L.ML0H- 3. 模拟 & 设计结果 ioW&0?,Ym Yq~$pVgf 4. 总结 Sgp1p}
6 Mc&gnN 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 pLdZB9oD]C {D{'
\]+ 第1步 *DDqa?gQb 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。 )swu~Wb}U@ V|\dnVQ'-% 第2步 QJ4=*tX) 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 n9H4~[JiC a>H8,a 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 U0m 5Rc
"L9yG: 应用示例详细内容 "7z1V{ ;Y
zNo>V8B( 系统参数 fW3awR{
Ss~yy0 1. 该应用实例的内容 ` W}Bc dje}CbZ Pd8zdzf{ 2. 设计&仿真任务 x=I|O;"><
`b:yW.#w3l 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。 h uIvXl lKSd]:3Xm 3. 参数:输入近乎平行的激光束 )` z{T $S'~UbmYU Dg=!d)\ 4. 参数:SLM像素阵列 4:0y\M5u
S x0QPX dd-`/A@ 5. 参数:SLM像素阵列 bu:%"l ~Gj%z+< I]iTD 应用示例详细内容 `^mY*Cb e
7x''V5*j 仿真&结果 @%b&(x^UD
7#[8td 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM eqQ=HT7J 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)。 !(i}FFn{: 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。 aovw'O\Q I&JjyR 2. VirtualLab的SLM模块 %8c2d
e.'6q
($3
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为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 J/xbMMb
必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 Ad)::9K?J
&cf(} 3. SLM的光学功能 #`o]{UfW
Bm$(4 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 Iw[7;B5v 为此,将区域填充因子设置为60%。 | k?r1dj%O 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。 OzA'd\| $'%.w|MJp 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ,a'Y^[4k? L/KiE+Y 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 UAEu.AT ~]V}wZt>h 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd chakp!S= Me2qOc^Z- 4. 对比:光栅的光学功能 TjY-C m 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 k0@*Up3{7 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 x2h5,.K 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 cnraNq1 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 /Bs42uJ3 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 2>*b.$g
V.|#2gC]t
.C\## 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd /8Ru O
x%RG>),U 5. 有间隔SLM的光学功能 (~N[j;W,_W 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。 g:eqB&& O6"S=o& 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 8;v/b3 t.pn07$ 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 Ku`u%5< `M[o.t d6f+[<< 6. 减少计算工作量 wfQ^3HL "I,=L;p
qAW?\*n5N 采样要求: 5>\~jf 至少1个点的间隔(每边)。 S!8gy,7<J 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。 `e4gneQY Fk#$@^c@ 采样要求: e#odr{2#4u 同样,至少1个点的间隔。 EE5mVC& 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 2y5d 随填充因子的增大,采样迅速增加。 s8.SEk|pB pD17r}% 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 l05'/duuJ 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 wl /1~! 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 Vrn+"2pdJ 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 p(6KJK\ VT [TE .]YTS
4o|<zn 减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
;<l#k7 / 7. 指定区域填充因子的仿真 t.Yf8Gy
} fJLY\ 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 -pW*6??+? 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 l i)
5o 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 lWakyCS 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 u{Gci #QNa|
f#= +Ze;BKZ3
8. 总结 xmi@
XL@t 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ^X;p8uBo
]$i@^3`[w 第1步 ~L4L|q 7 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。 L6./5`bs s#H_QOE 第2步 qLV3Y?S!L 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 8d7 NESYl 扩展阅读 \V#fl 扩展阅读 &%`WXe-`R 开始视频 ly#jl5wmT - 光路图介绍 ;;|.qgxc~ 该应用示例相关文件: :%>)S - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 /2'l=R5#
- SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 u|cP&^S