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) agsISu( ]T^is> 应用示例简述 8H
$ #+^lW =nhzMU9c\y 1. 系统细节 b5 Q NEi 光源 (9GbG" — 高斯光束 ULl_\5s2 组件 @"8R3BN — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 jXR16| 探测器 _413\`%8? — 视觉感知的仿真 K]"Kf{bx — 电磁场分布 Qpu3(`d< 建模/设计 JR1*|u — 场追迹: %v4
[{ =fE 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。 frH)_ YJ% :p-Y7CSSu 2. 系统说明 dDlG!F_= u!1/B4!'O *K)0UKBr 3. 模拟 & 设计结果 fNoR\5}! /77z\[CeYH 4. 总结 pP\h6b+B =kFuJ
x)f 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 CW0UMPE5 MsjnRX:c3u 第1步 se,Z#H 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。 :6u~aT/ lzfDH=& 第2步 G(\Ckf: 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 !}q."%%J_% \!w h[qEQ\ 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Yy@g9mi AgsR-"uh 应用示例详细内容 Wk[)+\WQ? _,Q[2gQ5N 系统参数 xG%*PNM0q e?<D F.Md+ 1. 该应用实例的内容 evOb U**)H_S/~ KjYDFrR4 2. 设计&仿真任务 uF<S *<kD"m 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。 c[{UI ('d{t:TsY 3. 参数:输入近乎平行的激光束 rfTe wOcg4HlW <gcmsiB| 4. 参数:SLM像素阵列 DMMLzS0A !4B_$6US |EeBSRAfe 5. 参数:SLM像素阵列 5_aw.s> 6ZksqdP8 ;eh/_hPM 应用示例详细内容 3{pk5_c JUU&Z[6J 仿真&结果 ?9S+Cj` /e<5Np\X 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM fq(5Lfe} 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)。 [<Jp#&u6sb 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。 k<Oy%+C *(nJX.7 2. VirtualLab的SLM模块 ^j iE9k) -fPT}v ai^t=
s 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 LE|<O 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。 ' =}pxyg yjd(UWE 3. SLM的光学功能 %^!aB ^S=cNSpC 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 M8_ R 为此,将区域填充因子设置为60%。 + !xu{2 ! 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。 mt^`1ekoY d<v~= 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd en%B>]QI m9Il\PoTq 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。 o}W;Co .FJj 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd P4[]qbfd, QQq/5r4O`q 4. 对比:光栅的光学功能 0V7 _n 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。 UAKu_RO6S 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;mn-0 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)。 CPGL!: 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。 952V@.Zp 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。 j%u8= ^Rk^XQCh
yF;?Hg 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd _eh3qs: HSC6;~U 5. 有间隔SLM的光学功能 )r pD2H 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。 F;W' qzHU)Ns(_ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd U\?+s2I)v fOLnK
y# 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 /D8EI u9,=po=+7f UT~4Cfb 6. 减少计算工作量 %VS 2M
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Fi) d[`
)tCx5 9 采样要求: X]MTaD.t 至少1个点的间隔(每边)。
Y=|CPE%V 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。 b(1:w"wD k1m'Ka- 采样要求: n@_)fFD% 同样,至少1个点的间隔。 Z) t{JHm: 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 :S#i9# aB 随填充因子的增大,采样迅速增加。 ]y}Zi/zh k3#wLJ 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。 .}`V I`z* 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。 Wy!uRzbBv 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)。 oLd:3,p} 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 =CE HRny !;jgzi?z EFeAr@nj >gF-6nPQ
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。 PH[4y:^DN 7. 指定区域填充因子的仿真 z41D^}b 0+rW;-_( 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~|1kQ. 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。 HMhLTl{; 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 51z / 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)。 m+p4Mc%u y&h~Oa?,; +<z7ds{Z 8. 总结 "7:u0p! 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 mcCB7<.
e ?S8$5gA 第1步 oH=4m~'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。 5R)[Ou. y _6r/z^ 第2步 t Z+0}d 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,Io0ZE>`V 扩展阅读 |I(%7K 扩展阅读 ?~{rf:Y 开始视频 { qjUI - 光路图介绍 =%xIjxYl 该应用示例相关文件: &&ja|o- - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 [1e.i - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 B5D3_iX] 9GtLMpy IcRM4Ib))Q QQ:2987619807 %s]U@Ku(a
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