G8]DK3# 空间光调制器(SLM.0002 v1.1) ;3\oU$' j=raS 应用示例简述 |r5e#3w /(/Z~J[ 1. 系统细节 4!%@{H`3 光源 j@yK#==k — 高斯光束 Vjv~RNGF 组件 5m.{ayE — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 z]/;? 探测器 ->BGeP_=| — 视觉感知的仿真 j`fQN — 电磁场分布 J%8M+!`F 建模/设计 yH\3*#+ — 场追迹: L5+X& 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 hW^*b:v{ Se0!-NUK0 2. 系统说明 2#<)-Cak sj;n1t}$S AXnuXa(j 3. 模拟 & 设计结果 ~0;l\^ W^a-K 4. 总结 5=;LHS* we4k VAn 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 gD13(G98 >GbCRN~ 第1步 Dd: TFZo 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。 pKxsK^O5[ -<g&U*/E 第2步 S]}hh,A 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ^{Vt (D.B'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。 cO8':P5Q a#huK~$~ 应用示例详细内容 R6(sWN- t2L} 系统参数 ?S*Cvr+=4 O c[F 1. 该应用实例的内容 wjq;9%eXk [~aRA'qJ{V Qu
x1N 2. 设计&仿真任务 %>z4hH, >/]`
f8^ 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。 0[# zn 4# L}& 3. 参数:输入近乎平行的激光束 6-fdfU }Wk^7[Y 8Q{"W"]O7 4. 参数:SLM像素阵列 Q.U
wtH P&>!B,f b p[wr 5. 参数:SLM像素阵列 s~z~9#G(6 .jXD0~N8q '%H\k5^ 应用示例详细内容 'bd|Oww1u Nv~H797B 仿真&结果 eP?=tUB!S y6hb-:
#1 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM F3?PlH:Y 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)。 D<QE?:# 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。 s3/iG37K 9hTzi+'S 2. VirtualLab的SLM模块 <hV%OrBz- @^2?97i
c FwjmC%iY 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 N|rB~
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。 8ofKj:W] vG{lxPIj 3. SLM的光学功能 x 8/I"!gI '!DS3zEeLS 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 $(r/N"6)O2 为此,将区域填充因子设置为60%。 z@8W 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 sQXj?5! rRQKW_9mB 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd zR!p-7_w (-[73v-w 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 0! W$Cz[ S8d X8,qg 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd W\pO`FL CX}==0od 4. 对比:光栅的光学功能 IA;'5IF 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。 %B~@wcI)W 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。 lDX\"Fq 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)。 1!=^mu8 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。 a;h.I}*] 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。 1PUeU+ KCl85Wi'
vve L|j 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Rn_FYP Fd;%wWY.zm 5. 有间隔SLM的光学功能 Fl}{"eCF8 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。 *A([1l&]i )?MUUI : 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd #8/pYQ; m>9j dsqB 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 I /z`) l3:2f-H EM7Z g 65 6. 减少计算工作量 ku5vaP( c0v6*O) z=6zc-$y 9 采样要求: ".7\>8A#a 至少1个点的间隔(每边)。 ( u^ `3=%n 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 x~u"KU2B @h,3"2W{Ev 采样要求: VC X^D)[- 同样,至少1个点的间隔。 fZavZ\qU 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 E*"oA1/I 随填充因子的增大,采样迅速增加。 WNSY@q 0^83:C
^{ 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 /^sk y! 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 |"
ag'h 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 LaX<2]Tx: 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 BMO &(g -oT3`d3 Tn"^`\m 减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。 g`(3r dUH+7.\ 7. 指定区域填充因子的仿真 R.KznJ uH |:gF^ 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 {u[_^ 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 V~sfR^FQ' 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 UuCRQN H 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 :E.T2na r1BL?&X- k`BS{,= 8. 总结 x
c|1?AFj 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ]oLyvG V-9\@'gc 第1步 DJb9] ,=a 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 >BZ,g!N,J} 30W.ks5( 第2步 f0{j/+F_o 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ?&-$Zog 扩展阅读 PsM8J 扩展阅读 6x;!E&< 开始视频 g?N^9B,$2 - 光路图介绍 p"0Dl9 该应用示例相关文件: jAdZS\?w - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 e5d STc` - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 |