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) VokIc&!Uz ![1+=F! 应用示例简述 [J{\Ke0<e1 &YpViC4K. 1. 系统细节 VW&EdrR,S 光源 \no6]xN; — 高斯光束 /oL&
<e 组件 wr5ScsNS — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 SbLm 探测器 *^aEUp6& — 视觉感知的仿真 !B|Aq-
n, — 电磁场分布 1V
,Mk#_ 建模/设计 4*Uzomb?q — 场追迹: 03pD< 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。 N>
7sG(!'" yM}~]aQ y 2. 系统说明 R5Pk>-KF kx{LY`pY #ME!G/ 3. 模拟 & 设计结果 c~``)N I-Q@v` 4. 总结 aC90IJ8^ cV$an 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 (fA>@5n #)r^ZA&E 第1步 qPQ6`rD\ 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 +P! ibHfP VdL*"i 第2步 f`<elWgc" 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 t|PQ4g< zEVQ[y6BcM 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ^yLhL^Y B%7Az!GX
应用示例详细内容 2t7P| b~V1 @vZeye 系统参数 5bB\i79$ /9pN.E 1. 该应用实例的内容 r1axC% ^r=Wj@` pKtN$Fd 2. 设计&仿真任务 Y1Q240 hv0bs8h 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 Wu~cy}\ oBO4a^D 3. 参数:输入近乎平行的激光束 5^ck$af #My14u &HQ_e$1 4. 参数:SLM像素阵列 ["fUSQ ^GpLl <78*-Ob 5. 参数:SLM像素阵列 C:AD ZJL Z=9<esx "4IrW6B$9 应用示例详细内容 R-Ys<; Z;O!KsJ 仿真&结果 s\zY^(v4 Cnr=1E= 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 9a2[_Wy 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 ds9U9t 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 7@&mGUALO Kf-XL),3l 2. VirtualLab的SLM模块 ;`O9YbP# `?{6L# (%c&Km7K 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 bf=!\L$ 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。 v2IcDz`}7 )&DsRA7v 3. SLM的光学功能 w`DcnQK' :_,a%hb+8 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 *>/w,E] 为此,将区域填充因子设置为60%。 ~:L5Ar< 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。 -9~$Ll+2h xw}rFY$ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd QOX'ZAB` IgjPy5k 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。 8BrC@L2E0 3@nIoN'z 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 2Wg:eh !</U"P:L 4. 对比:光栅的光学功能 lVuBo& 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。 *LMzq9n3o 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。 pIV|hb!G 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)。 g(auB/0s 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。 [p'A?- 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。 P*jiz@6 d~MY
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] g<$f#S 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd *s#6e} 3ZC@q
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A 5. 有间隔SLM的光学功能 ZbiC=uh 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 <"K2t
Tg. :@@`N_2? 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd p TaC$Ne dDSb1TM 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 Yecdw'BW? ]#[4eaCg ,{\Ae"{6 6. 减少计算工作量 fs yVu|G
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"Bv V89 采样要求: Yn$:|$ 至少1个点的间隔(每边)。 E=8GSl/Jx 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。 =E$bZe8 Qn|8Ic` * 采样要求: AOkG.u-k 同样,至少1个点的间隔。 ~3-"1E>Rgy 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 Q>$lf.) 随填充因子的增大,采样迅速增加。 FGPqF; 3#x1(+c6 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。 t*; KxQ+'? 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。 ?hAO-*); 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)。 vz#-uw,O: 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 *DvX||`& Nmd{C(^o @ ;@~=w +)bn}L>Rl
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。 j'Jb+@W? 7. 指定区域填充因子的仿真 N34-z|"q 8(&6*-7= 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。 <7>1Z
82) 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。 WO{7/h</ 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 :/%Y"0 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)。
0Gc:+c7{ 9D &vxKE GRJ6|T$!?$ 8. 总结 FfxD=\ 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ]b]J)dDI ,;5%&T 第1步 PH&Qw2(Sx 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。 {}8C/4iP O9- `e 第2步 $j(d`@.DN~ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 - f ^!R 扩展阅读 h_ccE6]t 扩展阅读 (J.Z+s$:2 开始视频 *U6+b - 光路图介绍 oK-d58 sM 该应用示例相关文件: B6;>V`! - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 bcvm]aPu - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 9_d#F'#F
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