空间光调制器像素处光衍射的仿真
空间光调制器(SLM.0002 v1.1) Ol!ntNhXm Z?\>JM >; 应用示例简述 CHz+814 IIbYfPiO 1. 系统细节 ynbuN x* 光源 /~3r;M — 高斯光束 eH{[C* 组件 K5lmVF\$P — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 cFJY^A 探测器 RsYU59_Y — 视觉感知的仿真 uCcYPvm — 电磁场分布 <_7*67{ 建模/设计 BqT y~{)+ — 场追迹: ;3@cy|\: 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。 I1X-s x9JD\vZ 2. 系统说明 S_Wrw z M]J^N# OynXkH]0T+ 3. 模拟 & 设计结果 %\:[ o ,k;^G><
= 4. 总结 -PfX0y9n a24"yT 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 }9FSO9*&} `G}TG( 第1步 ]iUxp+ 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。 7Ve1]) u xU4 +|d 第2步 k=jk`c{<[ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 6}!#;@D~ e7sp =I, 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 2%_vXo=I ~GZY5HF 应用示例详细内容 ()6wvu} M
r5v< 系统参数 XzEc2)0'v !]=d-RGNe 1. 该应用实例的内容 6V7B;tB c"B{/;A #
mV{#B= 2. 设计&仿真任务 Q|#W#LV,K gMzcTmbc8 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。 f,kZ\Ia'r +nJgl8'^y 3. 参数:输入近乎平行的激光束 &B6Ep6QS (KDD e}f sTn<#l6 4. 参数:SLM像素阵列 ~T1XLu )-a'{W/t %H]ptH5 5. 参数:SLM像素阵列 +%ee8|\ n[lJLm^(_C R#%(5-Zu#R 应用示例详细内容 7/I,HxXp! iOW#>66d 仿真&结果 Brf5dT49 (>nGQS]H 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM n>BkTaI 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)。 `erV$( M 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 >n'o*gZM Cv6'`",Yzm 2. VirtualLab的SLM模块 J IUx y1dDO2mA ,-8"R`UI8 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 n\*!CXc 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 >\KNM@'KI UQ?XqgUM 3. SLM的光学功能 nn@-W] 0IBhb(X 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 D1zBsi94D 为此,将区域填充因子设置为60%。 ~*z% e*EL 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 vq(0OPj8r[ Oo5w?+t 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 7z JRJ*NB pwL;A3$| 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。 d3ZdB4L gQ Fjr_IS# 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd "{@A5A kMi/>gpQ 4. 对比:光栅的光学功能 1OCeN%4]Qk 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。 IzikDc10 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。 *>7>g" 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)。 GpY"fc% 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。 0D\#Pq
v 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。 ObVGV KL1/^1
&"f"; 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd sFT.Oxg< ZSjMH .Ij" 5. 有间隔SLM的光学功能 7K,-01-: 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。 :61Tun #5cEV'm; 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd JEXy%hl 1+szG1U= 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 {.?ZHy\Rk {C=NUK%? y"bByd|6 6. 减少计算工作量 t<#mP@Mz=N <*16(!k0
j9eTCJqB 采样要求: 0b+Wc43}K 至少1个点的间隔(每边)。 Tl(^ 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。 *SU\ABcov sqEI4~514 采样要求: R;s?$;I 同样,至少1个点的间隔。 h`KFL/fT 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 @mOH"acGn? 随填充因子的增大,采样迅速增加。 G_;)a]v8) ^o^H3m 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。 Oft-w)cYz, 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。 v\KA'PmiP 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)。 77C'*tt1] 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 Vq2y4D? 6IBgt!=, |L%Z,:yO msP{l^%0
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。 QS%%^+E2 7. 指定区域填充因子的仿真 P\yDa*m "'c
A2~ 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。 RN$1bxY 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 zMj#KA1 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 "$#xK|t 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)。 <e Th `|6'9 a|%J=k>> 8. 总结 ykl
.1( 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _,p/l&< 7E!IF>` 第1步 k.5u 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。 %-)H^i~]% $;1#To 第2步 'qZW,],5 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 N >FKy'.gk 扩展阅读 j/R[<47 扩展阅读 AP68V 开始视频 0"kbrv2y - 光路图介绍 kDEPs$^ 该应用示例相关文件: %SX|o-B~.o - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 6g|*`x{ - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 W#^2#sjO K~c=M",mW !k6K?xt QQ:2987619807 1;C+$
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