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) ]d[Rf$>vu0 Y>xi|TWN 应用示例简述 pk;ff q@ iTj"lA 1. 系统细节 BhOXXa{B 光源 <jpe u^7 — 高斯光束 hTlnw[I 组件 3Gc ,I:\ — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 JmnBq<&,0 探测器 :D<:N*9i — 视觉感知的仿真 "PZYgl — 电磁场分布 SPfD2%jjC 建模/设计
#;5[('&[ — 场追迹: IXbdS9,>F 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 ZMdM_i? JRHf.? 2. 系统说明 D?iy.Dg [?Mc4uT{ gJ<@;O8zu0 3. 模拟 & 设计结果 %bCcsdK fR+Ov8PCq 4. 总结 (eCF>Wh^m Y&oP>n! ei 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 N>uA|<b, } l :mN 第1步 54`bE$:+ 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。 #)W8.
1m&!l6Jk 第2步 DQ}_9?3
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 dH
^b)G4 }9L 40)8 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 V-?sek{; J0IdFFZ|w 应用示例详细内容 %Nwyx;>9^K *%ed;>6:Q 系统参数 ^2&O3s Y|hzF:ll 1. 该应用实例的内容 9f@#SB_H n;-x!Gs aHBByH 2. 设计&仿真任务 W
/~||s 4@/ q_*3o 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。 [(D}%+2 ;']vY 3. 参数:输入近乎平行的激光束 _9}x2uO~ 4FfwpO3,Ku ^yn[QWFO 4. 参数:SLM像素阵列 lU&`r:1>_ vR6^n~ H3
A]m~=3 5. 参数:SLM像素阵列 K B`1% = @&~OB/7B: "<cB73tY 应用示例详细内容 +t7c&td\ %0ll4" 仿真&结果 EWuiaw. 7| h3. 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ~>Hnf_pZO 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)。 [I+)Ak5 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。 wzNt c)~i Y\z^\k 2. VirtualLab的SLM模块 hr~qt~Oi eI/\I:G{f `&|l;zsS 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 =0@d|LeZ 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。 h+zkVRyA <tu[cA> 3. SLM的光学功能 94qHY1rp Ru
vG1" 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 6KIjq[T^ 为此,将区域填充因子设置为60%。 M0;t%*1 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。 Y1U"HqNl* <6}f2^ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd v)C:E 9!| RF,=bOr19 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。 "a0u-}/D YaY;o^11/ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 8Y{}p[UFT .^)C:XiW 4. 对比:光栅的光学功能 Rktn/Vi 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。 5ykk11!p$ 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。 xnhDW7m 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)。 Q[ 9rA 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。 764}yV> 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。 u]]5p[|S ~ ];6hxv
y3@x*_K8 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd [o[v"e\w $3]E8t 5. 有间隔SLM的光学功能 p~d)2TC4# 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。 O=#/DM; Vhbj.eX.) 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd giSG 6'WA G0 nH Z6 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 [!dnm1 R.2KYhp, OB*Xb*HN 6. 减少计算工作量 iu6WGmR ^7s6J{<
$5Y^fwIK 采样要求: ,#
jOf{L* 至少1个点的间隔(每边)。 Ng_rb KXC# 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 8@LykJbP ko+M,kjwR 采样要求: Og;$P'U 同样,至少1个点的间隔。 #/B~G.+( 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 o+)LcoPu 随填充因子的增大,采样迅速增加。 E/L?D CK!pH{n+ 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。 A^r
[_dyZ 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。 &;@b&p+ 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)。 R0YC:rAt 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 \")YKN=W H:{(CY?t qq9tBCk TNyY60E
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'& \-j 1 7. 指定区域填充因子的仿真 #Mem2cz /=U v 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。 7dg
5HH 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。 RY/ Z~] 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 &A5[C{x 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)。 seD+~Y\z x]d"|jmVZ Ff#N|L'9_ 8. 总结 milK3+N 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 u,SX`6% +zdq+<9X 第1步 p2NB~t7Z 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。 Q-dHR
i %"KWjwp 第2步 DIu72\ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 bQN4ozSi 扩展阅读 7E6?)bgh 扩展阅读 08jUVHdt 开始视频 K?O X
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