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) _(h=@cv bGeIb-|( 应用示例简述 n
Ab~ $ -1ajSVJ 1. 系统细节 {j>a_]dTVX 光源 TxG@#" ^g} — 高斯光束 fIQ,}> 组件 xE?KJ — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 `K.B` 探测器 VM\R-[ — 视觉感知的仿真 d%'#-w' — 电磁场分布 #4$YQ 建模/设计 a&8K5Z%0 — 场追迹: @L!^2v 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 OU,FU@6,7w OmWEa 2. 系统说明 ^ l]!'" G:$kGzhJ =exCpW> 3. 模拟 & 设计结果 c 1F^Gj!8 %[*-aA 4. 总结 a`w=0]1&* =figat 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 rueaP )Ac,F6w 第1步 x7zc3%T's 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@)`N{ *Sj)9mp 第2步 ]ouoRlb/ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 }?Y -I>
w U U_0@V< 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 .2JZ7 UDi(7c0. 应用示例详细内容 ?l6yLn5si^ u?72]?SM 系统参数 x&;AY vm+3!s:u 1. 该应用实例的内容 (]'wQ4iQ 8m
iJQIq c2g[w;0" 2. 设计&仿真任务 ^aAs=KditO n>.@@ 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。 i;%G Z8 Ro2V-6/ 3. 参数:输入近乎平行的激光束 I(~([F2 IwnDG;+Ap Fw&ImRMk 4. 参数:SLM像素阵列 SnFyK5 cF15Mm2 ]j7`3%4uK 5. 参数:SLM像素阵列 @3c'4O
)b1hF wGLMLbj5 应用示例详细内容 ?pEPwc ; j.d 仿真&结果 8wkhbD|; xFp$JN 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM k)>H=?mI 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 ~>>_`;B 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 H[KX xNYZ_ %W D^0U| 2. VirtualLab的SLM模块 g$GGo[_0 .c]>*/(+ SV t~pE+Y 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 x] wi& 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。 %^lD *Ze0V9$' 3. SLM的光学功能 |E6_TZ#= }TMO>eB' 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 Fj<*!J$, 为此,将区域填充因子设置为60%。 ir.RO7f 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。 ,4"N7_!7 B;[ .u>f 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd {ax]t-ZwJ5 f{VV U/$ 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。 AAa7)^R ((]i}s0S 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd vE(]!CB iqB5h|
` 4. 对比:光栅的光学功能 Ti)Me-g 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。 =|AYT6z, 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。 k vZ w4Pk 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)。 9oc_*V0< 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。 P,pC Z+H 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。 5T.U=_ag *yT>
z**2-4 z 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd w3q'n% I;JV-jDM 5. 有间隔SLM的光学功能 rGNa[1{kRs 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。 '8)kFR^9 \}h 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd >D u=(pB yH"i5L9 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 ?u:`?(\ AjEy@/ R4 eu,,J 6. 减少计算工作量 j17h_ a; sDNWB_~
mmJnE 采样要求: R/"f 至少1个点的间隔(每边)。 DcBAncsK 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。 sm'_0EUg `>UUdv{C 采样要求: %`k [xz 同样,至少1个点的间隔。 N4,oO H~ 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 LQ k^l` 随填充因子的增大,采样迅速增加。 jC[_uG BNJ0D 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。 >x*[izr/K 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。 J/P[9m30[ 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)。 BAXu\a-C_ 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 >m lQ@Z_O |oU I2<" OR6vA5J
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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。 D)x^?! 7. 指定区域填充因子的仿真 `w#VYs|k b||usv[or 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。 hNh!H<}|m8 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。 eb`3'&zV&) 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 octQ[QXo# 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)。 @P~%4:!Hr DgcS@N 4>oM5Yf8 8. 总结 d6*84'|! 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 [ x+-N7 ~vt*%GN3 第1步 GdUsv 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。 '8zd]U wbF`wi? 第2步 uMva5o 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 6bUP]^d 扩展阅读 *#>(P 扩展阅读 |U1 [R\X 开始视频 bL* b>R[x - 光路图介绍 ?XdvZf $ 该应用示例相关文件: `},:dDHI - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 uQH] - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 \(
V1-, \Y"S4<"R 2?%4|@*H? QQ:2987619807 %T>@Ldt
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