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) CdO-xL6F r
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(T! 应用示例简述 h :R)KM beE%%C]X 1. 系统细节 D$E9%'ir 光源 :F=nb+HZ — 高斯光束 }HorR2(`N 组件 {6sfa?1j — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 5nAF =Bj 探测器 bobkT|s^s — 视觉感知的仿真 Rn_c9p
— 电磁场分布 hJsC
\ C,^ 建模/设计 8zWPb — 场追迹: QO k"UP 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。 |$2N$6\SP H~]o]uAi" 2. 系统说明 9AzGk=^
x~^I/$ ^6>|! 3. 模拟 & 设计结果 Cl!jK^AbG d
A{Jk 4. 总结 Q0\5j<'e QL18MbfqP 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。
a|uZJ* Po.BcytM 第1步 :OaQq@V 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。 L"%eQHEC& m?$G(E5 第2步 4CT9-2UC 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 JSK5x(GlH 4ZpF1Zc4B 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 bGc|SF<V :-" jKw 应用示例详细内容 g8A{aHb1} >[4|6k|\x 系统参数 _C=[bI@ BrMp_M 1. 该应用实例的内容 5G;^OI!g XYF~Q9~ %MZDm&f>Kk 2. 设计&仿真任务 ]},Q`n>$ %uqD\`- 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。 'xoE
[0! <SdJM1%Qo 3. 参数:输入近乎平行的激光束 {0WIDD M`pTT5r .0W4Dp 4. 参数:SLM像素阵列 6-14Htsk6 E/$@ud|l" B\>}X_\4 5. 参数:SLM像素阵列 ]{+M>i[ xh^ZI6L< )60f 应用示例详细内容 @ZR4%A"X4 7C7(bg,7^ 仿真&结果 @^6OV) ieRBD6_ 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM |SukiXJZF 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 4m[C-NB!g 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 &t|V:_?/x J~'Q^O3@ 2. VirtualLab的SLM模块 q=%
C ( =)1YYJTe9 bW.zxQ: 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 wp*&&0O! 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 7cP[o+ "q>I?UcZ 3. SLM的光学功能 .O%1)p ]op^dW1;0_ 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 dzE Q$u/I 为此,将区域填充因子设置为60%。 qb&NS4# 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。 AH87UkNL DEp%\sj? 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd p2c=;5|/Q ecqz@*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。 QDgEJ%U- 9_A0:S9Z 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Ed0>R<jR9 K!D!b'|bb 4. 对比:光栅的光学功能 lPcVhj6No% 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。 f'`nx;@X 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。 E<#4G9O< 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)。 _
kSPUP5 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。 iraRB~ 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。 kl3S~gE4@ A;WwS?fyQ
m`\i+ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd _?]BVw 'UvS3]bSYW 5. 有间隔SLM的光学功能 /$Tl# 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 @FdCbPl$ HMS9y%zl/ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 2hwXWTSu p-'6_\F.Ke 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 51ajE2+X& HLoQ}oK|K m!#)JFe67 6. 减少计算工作量 Oz#EGjz KIAe36.~
e9Ul A 采样要求: SC
$` 至少1个点的间隔(每边)。 [#>$k
6F* 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。 APtselC @
Zgl> 采样要求: R<lNk< 同样,至少1个点的间隔。 A M1C
$ 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 Id.Z[owC`Y 随填充因子的增大,采样迅速增加。 Dd5xXs+c Hr<C2p^a 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。 kToVBU$ 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。 zOao& 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)。 =(|xU?OL 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 a:-)+sgHw HL(U~Q6JQ 3u?`q%Y-e {n'qKurxY
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。 s=nVoc{Yt 7. 指定区域填充因子的仿真 m,@1LwBH g* \P6 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。 r{q}f) 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。 e:$7^Y,U/ 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 1~R$$P11[9 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)。 I NPYJ#% 2GiUPtO&Gj #j^('K| 8. 总结 %l8*t$8 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 MS st
joChML_ 第1步 tIyuzc~U 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 0HHui7Yy> 9RCO|J 第2步 l- 1]w$
y 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 {ywXz|TP 扩展阅读 m1hW< 扩展阅读 _}I(U?Q-C 开始视频
b(}Gm@# - 光路图介绍 jF38kj3O7 该应用示例相关文件: X!7VyE+n - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 q:Y6fbt<7 - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 VDByj "% t_I\P.aMA B]^>GH QQ:2987619807 ]DC;+;8Jc
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