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) `dYM+ jpa 0ang^v;q 应用示例简述 zk[%YG& }<EA)se" 1. 系统细节 OOEmXb]8 光源 7DU"QeLeb — 高斯光束 b ;Vy=f 组件 4No!`O-!& — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 '~^3 =[Z 探测器
a;a2x
.< — 视觉感知的仿真 !,*#e — 电磁场分布 ~$0Qvyb> 建模/设计 ys5b34JN — 场追迹: X^PR];V:$ 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。 He4sP`&I ;P-xKRU!Xx 2. 系统说明 D3LW49
b@OL!?JP U20G{%% 3. 模拟 & 设计结果 JNzNK.E!m- rurC! - 4. 总结 UGy~Ecv EHT5Gf 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 W*q[f!@ !O=J8;oLk 第1步 X*2MNx^K~ 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。 '"H'#%RU H1PW/AW 第2步 ^X%{]b K 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 M]?#]3XBNo ! K~PH 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 zMT0ToG Nb[z+V{= 应用示例详细内容 3*G7H I$4GM 系统参数 Kq|L:Z -WIT0F4o; 1. 该应用实例的内容 ^ ~HV`s eu(1bAfS&T /@5X0m 2. 设计&仿真任务 l>RW&C&T R$@|t? 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。 a;eV&~ nT0FonK> 3. 参数:输入近乎平行的激光束 (]Z%&>* &|7pu= !2WRxM 4. 参数:SLM像素阵列 @|xcrEnP}B *yqEl
O xp%,@]p 5. 参数:SLM像素阵列 &N!QKrj3 B
Mh949; CUB= T] 应用示例详细内容 >3
Q%Yn *<2+tI 仿真&结果 B:=*lU.n Ti
}Ljp^O 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 83UIH0( 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)。 4r!8_$fN?G 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 tWYKW 3~] k9`Bi`wp 2. VirtualLab的SLM模块 w{3
B ( Kh<qAP_n \+mc 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ;2
oR?COW 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 k41lw^Jh 3k;*xjv6@ 3. SLM的光学功能 <4,>`#NEo NrVrR80Y 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 4f<%<Z 为此,将区域填充因子设置为60%。 dV<|ztv 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 s4bLL +5Yc/Qp 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd "q4c[dna |:n4t6 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 4flyV - zJS,f5L6) 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 3Xaw |l(rR06#.] 4. 对比:光栅的光学功能 w
`6qT3v 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 [>+(zlK" 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 pPm[<^\# S 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 MK7S*N1 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 w@7NoD= 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 .w^M?}dx {~ ZSqd
L,0HX 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd .4A4\-Cqe Yw<K!'C 5. 有间隔SLM的光学功能 #Yi,EwD 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 RG|]Kt8 .asHFT7]9 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd MCU{@\?Xf ?J,hv'L] 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 0f/=C9L O.CRF-`t Ia$&SS)K 6. 减少计算工作量 ,Khhu%$ $A)i}M;uK
i /R8Gb 采样要求: nY"9"R\.= 至少1个点的间隔(每边)。 fD#|C~:= 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。 "40Jxqt AxLnF(eG 采样要求: gbM#jhQ 同样,至少1个点的间隔。 u&1n~t` 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 6W."hPP 随填充因子的增大,采样迅速增加。 *;. l/ rVq=,>M9 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。 w<-8cvNhiz 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。 1iEZ9J? 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)。 nJ |O,*`O 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 " &'Jw :ak D w35r\x + JyWBLi;Z
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。 O{rgx~lLJt 7. 指定区域填充因子的仿真 _ In[Z?P} 1[o] u:m9U 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。 B)J.(k`p 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。 l;zp f|.Vc 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 }2-<}m9} 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{Jo'*%8f dHc38zp I^sWf3'db 8. 总结 ja*k\w{U' 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 2
|w;4 }C.M4{a\ 第1步 G=a.Wff 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。 Z{RRhJ p*)RP2 第2步 Gjq:-kX\ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 #k5WTcE 扩展阅读 [RG&1~ 扩展阅读 |&+g ,A _w 开始视频 S]iMZ \I/ - 光路图介绍 pZp|F 该应用示例相关文件: LyO ,] - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 cy8+@77 - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 }q9;..oL !4d6wp" d)`XG cx{= QQ:2987619807 uZ][#[u
|