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) di0@E<@1: AX<f$%iqD 应用示例简述 Jww#zEK Y?3tf0t/ 1. 系统细节 N' R^gL 光源 T<?kH — 高斯光束 TjYHoL5 组件 lw.[qP — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 aekke//y 探测器 3}F>t{FDk — 视觉感知的仿真 1gbFl/i6T — 电磁场分布 Q{L:pce- 建模/设计 $Th)z}A}EA — 场追迹: +>K&zS 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 F P|cA^$< t"q'"FX 2. 系统说明 f:<BUqa p\lR1 dIlpo0; F 3. 模拟 & 设计结果 \y]K]iv %xOxMK@ 4. 总结 J:Qx5;b; z[v4(pO6 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 VN!nef
tZz%x?3G 第1步 >(S)aug$1 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 Zd>sdS`#r x5BS|3W$a 第2步 J
3C^tV 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 5~@-LXqL 5)lcgvp 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 A@)Q-V8*9s 9n{Y6I
x: 应用示例详细内容 Hy&Z0W'l Vb\g49\o/ 系统参数 R^o535pozc 4oiE@y&{4 1. 该应用实例的内容 _G/R;N71 a(]&H
" cOX )+53 2. 设计&仿真任务 tJrGRlB> &l1t5 ! 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。 `hkvxt w.(W G+ 3. 参数:输入近乎平行的激光束 uH%b rbrU LkS tU) J'X}6Q 4. 参数:SLM像素阵列 [07E-TT2U
r+E!V'{C 8:V,>PH 5. 参数:SLM像素阵列 O0L]xr Qr$
7 U6p RdWn =; 应用示例详细内容 %"A8Af**I M=pQx$%a 仿真&结果 l!88|~ PKrG6%
W+ 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM K}re{y 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 .eD&UQ 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 Q!@M/@-Ky M*gvYo 2. VirtualLab的SLM模块 {] ]%0!n\ rCDt9o> |nx3x 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 2[+.*Ef 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 ~
O#\$u Cy$~H 3. SLM的光学功能 bTimJp[b ,5;M(ft# 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 h@$SJe(hl 为此,将区域填充因子设置为60%。 n~ad#iN 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。 )Y)_T&O 7wh4~ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd L?N&kzA O~V^] 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。 =M;F&;\8 !\R5/-_UU 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd g:Qq%' &@oI/i&0B 4. 对比:光栅的光学功能 w gS'/ 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。 + m-88 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。 p-.kBF 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)。 p]RQ-0 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。 erEB4q+ #O 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。 Ip{R'HG/ piM4grg
\
kiM:(=5 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd -z`FKej \[3~*eX6 5. 有间隔SLM的光学功能 D}y W:Pi' 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。 tJ;qZyy( >B0AJW/u 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd }[JB% 5`p9Xo>)yW 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 vlkwWm xcW\U^1d N=1ue`i 6. 减少计算工作量 r
1r@TG\ 0o>C,
`
m*_X PY 采样要求: Bp7p X 至少1个点的间隔(每边)。 %oa@2qJ^ 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。 tI{]&dev :38{YCN 采样要求: S3%2T 同样,至少1个点的间隔。 yk4@@kHW 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 <K^a2 D 随填充因子的增大,采样迅速增加。 4u}Cki,vOK 9{;L7`< 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。 #b;?:.m\= 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。 y`n?f|nf 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)。 s;TB(M~i[ 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 T)I)r239h AA=Ob$2$ !2!Zhw2u pCIS82L
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。 zG_n x3 7. 指定区域填充因子的仿真 7e+C5W*9b $t%IJT 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。 Y
]()v 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。 fU|v[ 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 aU(.LC 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&
`"}^X;I j ^j"w(a 7/~=[#]* 8. 总结 D?_K5a&v, 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Ps@']]4>W }lp37, 第1步 U_IGL 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。 +w]#26`d tR>zBh_b 第2步 (/I6Wa 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 *w@1@6?j 扩展阅读 CPy>sV3Ru0 扩展阅读 Fqw4XR_`~ 开始视频 8B*(P> - 光路图介绍 GV0@We~ 该应用示例相关文件: flPS+ - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Aeh# - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 HU>>\t?d Cl&mz1Y;]1 EF<TU.)Zf QQ:2987619807 QtnNc!,n
|