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) 0z.oPV@ <My4 )3 应用示例简述 8t25wPlx *@^9]$*$ 1. 系统细节 Mj2`p#5wKh 光源 N7=lSBm — 高斯光束 Hyh$-iCa 组件 "**Tw' — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 j0_)DG 探测器 I($0&Y\De — 视觉感知的仿真 Na=.LW-ma= — 电磁场分布 /m"O.17N 建模/设计 $pr\"!|z — 场追迹: .!/w[Z] 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 !Z]#1"A8 :qy< G!o 2. 系统说明 THEpW{.E |KY6IGcqV (_1(<Jw 3. 模拟 & 设计结果 HQGn[7JW |zd+
\o 4. 总结 @
LPs.e YS],o'T 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 v'=$K[_ v,,
.2UR4 第1步 '1P~"P3 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。 &|MdBJ ,58XLu 第2步 'vCl@x$ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 DL<b)# h# Z #uxa 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 &;3iHY; HD%n'@E 应用示例详细内容 K4U_sCh#f l/xpAx 系统参数 Y[sBVz'j5 vd{ban9 1. 该应用实例的内容 n Nu~)X tW-wO[2 db*yA@2Lg 2. 设计&仿真任务 8f`r!/j |-l9 Z 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。 e92,@ -sqd?L.p 3. 参数:输入近乎平行的激光束 #M ;j*IBl* OV2/? 3le$0f:O 4. 参数:SLM像素阵列 z"%{SI^ :P8X?C63W] imc1rY!~' 5. 参数:SLM像素阵列 xp*Wf#BF <sTY<i VR Xl,707 应用示例详细内容 {zIcEN$ ~ {F=`IE3)w 仿真&结果 VX:Kq<XwQ sa?s[ 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM @rP#ktz] 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)。 j4wsDtmAU 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。 #EA` | qm/#kPlM 2. VirtualLab的SLM模块 IOddu2.(
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|] 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 )mH(Hx 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。 3!op'X! GJ\bZ"vDo 3. SLM的光学功能 z2iWr T@xaa\bzg 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 $sFqMy 为此,将区域填充因子设置为60%。 =F% <W7 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 {nMCU{*k .npD<* 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ]+5Y\~I G0u
H6x? 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 u
p zBd] #y8Esik 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd XMF#l]P *SYuq) 4. 对比:光栅的光学功能 *JOp)e0b 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 -I:L6ft8 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 t(99m=9> 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 \0;EHB 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 734H{,~ 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 YRu/KUT$ 7 g*WY kv
K_Kz8qV.? 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd IK,aA;d r.' cjUs 5. 有间隔SLM的光学功能 |[@v+koq 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。 <Q8d{--o MFz6y":~ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd _4LDzVjNRe $'w>doUlA 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 }-@h H( #.2} t0*]5 L;U?s2&Y 6. 减少计算工作量 i'`>YX +vYVx<uTQ
@Ll^ze&HI 采样要求: 'DUYf5nF 至少1个点的间隔(每边)。 |~+bbN|b 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。 gb26Y!7% _o-01gu. 采样要求: #;\tgUQ 同样,至少1个点的间隔。 SpMHq_MLM 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 &g!yRvM!;Q 随填充因子的增大,采样迅速增加。 -e.ygiK.`S v{) *P.E 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。 }O:l]O` 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。 Ku8qn\2" 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)。 h@{CMe 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 `jT1R!$3F {qFAX<{D +2m\Sv V Cp]q>lM"
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。 ~Dj_N$_+9 7. 指定区域填充因子的仿真 "9,+m$nj S^)xioKsJ 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。 #Qd"d3QG 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。
e9eBD 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 (Zu8WyT2 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)。 b\+9#)Up@ F"a31`L>H Bz6Zy)&sAL 8. 总结 =
$6pL 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 o
vX9 $B@K 第1步 Cce{aY 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。 .*L_*}tno W4=<hB 第2步 vUgo)C#< 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 CQ#%v% 扩展阅读 $1myf Z 扩展阅读 =)2!qoE 开始视频 uM9[ - 光路图介绍 .<C}/Cl 该应用示例相关文件: Y|iJO>_Uu= - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计
uT??t=vb - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 U,4:yc,)s
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