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) g~i%*u,Y< Iyf hVk? 应用示例简述 U94Tp A6 !C$bOhc 1. 系统细节 KDODUohC 光源 wNX2* — 高斯光束 *Fe 组件 mrgieb% — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 1>BY:xZr 探测器 B]o5HA<k — 视觉感知的仿真 G(~
s(r{%I — 电磁场分布 ;n)9 建模/设计 M@=eW Z< — 场追迹: g]hTz)8fF 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 im6Rx=}E{ vl{G;[6 2. 系统说明 O_u2V'jy9 <lBY l,pI~A`w_ 3. 模拟 & 设计结果 {xzs{)9|Y4 ~$O.KF: 4. 总结 A+:X t69C48}15 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 sr+Y"R t[ Zoe+& 第1步 y]5c!N %8 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。 9mEt**s
Ur $Z!$E,@c 第2步 =68CR[H 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 cM= ?{W7~ j~IX 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 jC;^2e
c%N8|!e 应用示例详细内容 0pYCh$TL1 d1"%sI 系统参数 8N8N)#A[ w*E0f?s 1. 该应用实例的内容 Y]ZNAR HFr#Ql>g \,b@^W6e> 2. 设计&仿真任务 )9.i'{{ 0 _Py/,Ks.q 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 K|n$-WDG} 01 vEt 3. 参数:输入近乎平行的激光束 `pHlGbrW /qYo*S_cG .fQ/a`AsU 4. 参数:SLM像素阵列 ?W#>9WQi 7~2/NU? -27uh 5. 参数:SLM像素阵列 y2>XLELy K,VN?t<h 80p? qe 应用示例详细内容 V8aLPJ0_ L7_qs+ 仿真&结果 ?\
qfuA9. ugZ-*e7 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM W'
DpI7 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)。 _* xjG \! 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。 $qoh0$ VUo7Evc:.P 2. VirtualLab的SLM模块 ^^ Q'AE yEaim~ Ly?%RmHK 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 5eZ8$-&([ 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。 Z#+{ksU @+gr>a1K# 3. SLM的光学功能 j2UiZLuV -|?I'~[#( 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 Kc6p||< 为此,将区域填充因子设置为60%。 k63]Qf=5?N 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。 ,9(=Iu-?1 peA}/Jc 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd "Y9PS_u(~ 4`x.d 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。 r[>=iim e~Oge 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd |C \%H R ST#OO! 4. 对比:光栅的光学功能 $R\D[`y| 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 <Ae1YHUY 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 .pP{;:Avpn 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 o3_dHbdI 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 9]ga\>v 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 ewo1^> X=:|v<E
X3z$f(lF%) 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd y>:-6)pv d"E@e21 5. 有间隔SLM的光学功能 h
0EpW5 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。 uxGY/Zf m&GxLT6 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ]kJinXHW 'T(7EL3$} 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 .{cka]9WJz N36<EHq C q/936`O 6. 减少计算工作量 `N+A8 U_/sY9gz(
SDdefB 采样要求: u7rA8u|TO 至少1个点的间隔(每边)。 P1<Y7+n 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。 $ekB+
t:cj TRQ@=. 采样要求: ^)r^k8y' 同样,至少1个点的间隔。 uQ^r1 $# 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 9#:b+Amzz 随填充因子的增大,采样迅速增加。 y7K&@Y >~;MQDU5*Y 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 uXs.7+f 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 s0}OsHAj 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 )2@_V % 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 -&PiD F9hh- "(Z y*Egt `W 0!WF,)/T7i
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。 =")}wl=s 7. 指定区域填充因子的仿真 ZRDY`eK +-~:E_G 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 &<!DNXQ 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 2OXcP!\Y 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ZI'MfkEZ* 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 RUJkfi=$ vqq7IV)| ;Z\1PwT 8. 总结 pYtG%< 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ^4Nk13 ^CIO,I 第1步 zEG6T * 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。 t>D|1E" _ >)+
u 第2步 (=v :@\r 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 tx$kD2 扩展阅读 X^!n'$^u 扩展阅读 %LeQpbyOR 开始视频 )E--E+j - 光路图介绍 3F5Y#[L` 该应用示例相关文件: ].W)eMC*c( - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 #;9I3,@/Y - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 \)\uAI- m `"^d # k)Y}X)\36 QQ:2987619807 =T73660
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