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) eueXklpg+ 1,pg:=N9 应用示例简述 NgH% `Cb$8;)z 1. 系统细节 g@j:TQM_0 光源 525xm"Bs — 高斯光束 } g
组件 DPe`C%Oc1 — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 _l/6Qpf 探测器 E8-p
,e, — 视觉感知的仿真 Lnj5EY er — 电磁场分布 GZ4{<QG 建模/设计 )s^XVs.- — 场追迹: >#8`Zy:/Y 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 j+Tk|GRab a~{Stv 2. 系统说明 pkM32v- 95(VY)_6#A %%DK?{jo` 3. 模拟 & 设计结果 ~S=hxKI >|rL0 4. 总结 pF8'S{y d3 N %V.w 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 %M^b Z? ?9PNCd3$d 第1步 t8^*s<O 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。 rhUZ9Fdv hA~}6Qn 第2步 _wqFKj 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 as\V,
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iE3j!q 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 XBeHyQp Gge"`AT 应用示例详细内容 L~;_R*Th z?i82B[Tm 系统参数 2
na8G nDPfr\\ 1. 该应用实例的内容 1-b,X]i FEP\5d> e~}+.B0 2. 设计&仿真任务 CP?\'a"Kt >MhkNy 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。 koie wDSU~\ 3. 参数:输入近乎平行的激光束 g xLA1]>{ f{b"=hQ >4ALF[oH1J 4. 参数:SLM像素阵列 y[$e]N &0o&!P8CB !}vz_6) 5. 参数:SLM像素阵列 ,*bxNs'/ }wUF# mqE&phF, 应用示例详细内容 Y- w5S|! )_&<u\cm
L 仿真&结果 ao,LP,_ zPVA6~|l 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM K1C# 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 G[wa,j^hu 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 _PRm4 : bGSgph 2. VirtualLab的SLM模块 PSy=O\ T&{EqsI=B FB</~
g 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 [qb#>P2G3 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 4sva%Up t[DXG2& 3. SLM的光学功能 ukPV nk 9EH%[wfv 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 S]9xqiJW 为此,将区域填充因子设置为60%。 5^5h%~)} 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 j0OxR.S 5&VLq 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ,0])] %f>V\z_C 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 PgxU;N7Y Lu<'A4Q1 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd #q=?Zu^Da :|d3BuY 4. 对比:光栅的光学功能 %f^TZ,q$ 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。 jgC/ 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。 }5%!:= 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)。 DsP+#PX 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。 rv\<Q-uQ8 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。 UyvFR@ dM$]OAT
` bg{\ .q 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 2B*9]AHny Ok,hm.| 5. 有间隔SLM的光学功能 6 .*=1P*? 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 x0 j$]$ _jr%s 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd v/(< fI^ Qg4qjX](? 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 o05) I2 gB&'MA! 2.CI^.5& 6. 减少计算工作量 2"2b\b}my CjD2FnjT
_I75[W! 采样要求: <oO^w&G 至少1个点的间隔(每边)。 fRq2sK;+ 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。 fD
V:ueO {@({po 采样要求: qex.}[ 同样,至少1个点的间隔。 qQ^]z8g6P 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 ^[5yff 4 随填充因子的增大,采样迅速增加。 ,%D \ S3.Pqp_< 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。 ;i\i+:= 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。 3'IF?](]U 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)。 s% I)+| 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 Vo%@bj~> ^cX);koO &;*jMu6 <r_ldkZ
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。 J6=*F;x6E 7. 指定区域填充因子的仿真 }oloMtp$ :+en8^r% 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。 #_|6yo} 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。 -2bu`oD
` 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ]iYjS 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)。 "Bn!<h}mg P!1y@R>Ln CH!Lf,G 8. 总结 L%I@HB9-Q0 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 S9U`-\L0 uq{w1O5 第1步 abx/h#_q 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。 4E<iIA\x xyBWV]Y 第2步 .kyp5CD}4 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 m.Yj{u8zX 扩展阅读 SW#
5px` 扩展阅读 l/#;GYB] 开始视频 gT?:zd=; - 光路图介绍 AEp|#H'
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