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) &^&zR(o` fnKY1y]2+ 应用示例简述 F/d7q%I |Hr:S":9 1. 系统细节 bvBHYf:^ 光源 K4Dp:2/K% — 高斯光束 UaG1c%7?X 组件 %(/!ljh_ — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 F^$led1/F 探测器 Ter:sge7 — 视觉感知的仿真 ">81J5qgd — 电磁场分布 ykg# {9+ 建模/设计 ![6EUMx — 场追迹: "t=hzn"~% 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 U5HKRO -Ng'<7 2. 系统说明 U:6W+p8 <bck~E 3-n19[zk 3. 模拟 & 设计结果 :wqC8&V
6M.;@t,Y 4. 总结 -5l6&Y f$HH:^# 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 "[p@tc?5 .9[45][FK 第1步 bAk&~4Y_" 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。 $4FX(O0Q@ j9+I0>#X 第2步 FXdD4 X) 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 V! |qYM. %#L]]-% 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 _96~rel_P ,tH5e&=U01 应用示例详细内容 /Ss7"*JLe `IpA.| Y 系统参数 `i
+g{kE2M (UCK;k 1. 该应用实例的内容 {Hmo1|_S| Y<"7x#AB! 8N%Bn& 2. 设计&仿真任务 GV6K/T: "&Dx=Yf 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。 V==z" o'<^LYSnB 3. 参数:输入近乎平行的激光束 )&{K~i ;: {4aWR>< S\6[EQ65 4. 参数:SLM像素阵列 {+<P:jbz; Si9Z>MR L(>=BK* 5. 参数:SLM像素阵列 ^04Q %, g42)7
oY~ Dg 应用示例详细内容 *Oc.9 F88" ZR v"h/~ 仿真&结果 e
pCLM_yA Z|9u]xL 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM E@05e 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)。 >>Ts?? 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{EOB_u CBQhIvq.d 2. VirtualLab的SLM模块 ;Yfv!\^ | Uawpfgc} wfvU0]wk} 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 0n ~ Zz 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。 WnUweSdW LLWB 3. SLM的光学功能 C'=k<- &0TVi 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 +bK.NcS 为此,将区域填充因子设置为60%。 rKHY?{! 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。 c H-@V< dUgrKDNyA 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ~1m2#> b?4/#&z] 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。 e6X[vc|Y} .O*bILU 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd HBys \7MHaQvS 4. 对比:光栅的光学功能 =ItkFjhBc 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。 ._wkj 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。 t&5%?QyM 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)。 Sx:Ur>?hd5 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。 =z?%;4'| 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。 OX%MP!#KU Iq+>qX
dw~p?[ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd $wYtyN[ @cRZk`|1n 5. 有间隔SLM的光学功能 y~
G.V,0 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 +5.t. d HIGq%m=-x 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd k *R<, 1iL'V-y 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 J`IDlGFYp cH<q:OYi Sx*oo{Kk% 6. 减少计算工作量 Gc.P,K/hr .t&R>9cZ^
n\I#CH0V 采样要求: r[.>P$U
至少1个点的间隔(每边)。 S1 _6C:^k 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。 +6smsL~<#v
Z3;!l 采样要求: NVIK>cT6 同样,至少1个点的间隔。 nFX_+4V2 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 Xd:7"/:r 随填充因子的增大,采样迅速增加。 UgB'[@McS C=uZ1xg*, 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。 1tCQpf 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。 0Iud$Lu 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)。 {Z; jhR, 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 q;5i4| ~zm7?_"@] #X:
'aj98 ES <1tG
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。 J68j=`Y 7. 指定区域填充因子的仿真 UV}73Sp KPSh#x&I 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。 RjJU4q 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。 &"_u}I&\ 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 rOW-0B+N 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)。 JB</euyV dAP|:&y@ f:zFFpP.j@ 8. 总结 7;.xc{ 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 N_4eM,7t |CgnCUv+ 第1步 2c<&eX8" 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。 vgn@d,v bf_I9Z3m 第2步 ?6Cz[5\ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ~5ZvOX6L2 扩展阅读 Xf=XBoN| 扩展阅读 "O+5R(XT 开始视频 ?%Rw(E - 光路图介绍
|{g+Y 该应用示例相关文件: 0,*%vG?Q - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 BE&B}LfvfO - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 3`hUo5K
|