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) (R*j|HAw`X %m&@o~+ 应用示例简述 AjkW0FB:1 }%TPYc 1. 系统细节 G2:%g( 光源 uw AwWgl — 高斯光束 SA;#aj}rV 组件 S($Su7g%_ — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ]:ZdV9` 探测器 V}WB*bE — 视觉感知的仿真 LWnR?Qve< — 电磁场分布 5/MKzoB 建模/设计
4x;_AN — 场追迹: hK|j6xf.o 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 }ns-W3B' ;dR=tAf0$Q 2. 系统说明 r;&>iX4B bBc[bc>R QDx$==Fo 3. 模拟 & 设计结果 qS|\JG c; 2#,m^ 4. 总结 n'1'!J;Q O%8 EZyu 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 "N?+VkZEv {)8>jxQN 第1步 O@V%Cu 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。 ml`8HXK0 v\tEVhm 第2步 S!v(+| 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,Wbwg T .FI'wy 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ar9]"s+' Jg}K.1Hs 应用示例详细内容 @Fp_^5 `-h8vj5uG 系统参数 hrG M|_BE c2t=_aAIPQ 1. 该应用实例的内容 pi<TFe@eG G s+3e8 )G^
KDj" 2. 设计&仿真任务 o%9*B%HO/ %h?x!,q
Y 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。 PYbVy<xc fC,:{} 3. 参数:输入近乎平行的激光束 (0YZZ93 [Zei0O [I!6PGx 4. 参数:SLM像素阵列 =U%Rvm ?=m?jNa;nC WmY`` 5. 参数:SLM像素阵列 AP77a*@8 R}^~^# Lzu.)C@Amx 应用示例详细内容 h3LE>}6D <:SZAAoIV 仿真&结果 QUU;g 2k g35DV6 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM x=ul&|^7D 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)。 a}%#*J)! 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。 KD`IX-r{s n a9sm 2. VirtualLab的SLM模块 h4q|lA6!k8 Llr>9(| B2-V@06 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 yKYTi3_( 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。 r E}%KsZ ZovW0Q)m 3. SLM的光学功能 *h}XWB C1q N[<\>Ps|u 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 bGc~Wr| 为此,将区域填充因子设置为60%。 $STaQ28C 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。 U2bjFLd" +=O5YR!{ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ^h69Kr#d4 "jG}B.l=, 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。 ;W>k@L $GlWf 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd .zi_[ ^J$2?!~ 4. 对比:光栅的光学功能 i_j[?.?X} 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 6@rMtQfI 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 z^'gx@YD*v 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 /Mvf8v 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 .Y&)4+ckL 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 _d5QbTe i\,-oO
r"P|dlV- 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Wk)OkIFR |S_eDjF 5. 有间隔SLM的光学功能 [ucpd 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 IZpP[hov 8fl`r~bqZ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd <
jJ #ZB~x6i6 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 <sBbT` C{U?0!^ }H^+A77v 6. 减少计算工作量 E=nIRG|g bbE!qk;hEP
!2ZF(@C/ 采样要求: {\81i8b] 至少1个点的间隔(每边)。 U/!TKic+ 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 _h{C_;a[_ ~"nxE 采样要求: N sXHO 同样,至少1个点的间隔。 Q+[n91ey** 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 M/b Sud?@% 随填充因子的增大,采样迅速增加。 jIJ~QpNE AE[b},-[ 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 _852H$H\ 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。 JMC. w! 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)。 "&Y`+ 0S8 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 ;r<^a6B Ayxkv)%:@) *\
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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。 8A##\j) 7. 指定区域填充因子的仿真 Te"ioU?. ~%<X0s| 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。 ,E S0NA 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。 -t!~%_WCv 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 <:+ x+4ru 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)。 <^#,_o,! ~vm%6CABM ]cHgleHQ 8. 总结 =$'6(aDH 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ; ZA~p e"{{ TcNk 第1步 p`olCp' 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。 P3x8UR=fS Tp?7_}tRi 第2步 bRFLcM 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 3lrT3a3vV 扩展阅读 'j#*6xD 扩展阅读 dqU~`b9 开始视频 XO.jl" xu - 光路图介绍 W=N+VqK 该应用示例相关文件: %~4M+r6T - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ,LHn90S - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 UXJeAE-
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