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) M=!RJ%6f NdS6j'%B@7 应用示例简述 R7L:U+*V" >t/P^fr_F 1. 系统细节 Kzs]+Cl 光源 pLFJ"3IJB — 高斯光束 lD8&*5tDmP 组件 da[u@eNrnX — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 [Z5Lgg& 探测器 +G!N@O — 视觉感知的仿真 !*0\Yi,6 — 电磁场分布 zs@#.OEH 建模/设计 PC| U] — 场追迹: 5!55v 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。 s7FJJTn <(]e/} 2. 系统说明 b"ypS7
_ <bwsK,C |EJ&s393& 3. 模拟 & 设计结果 :%dIX}F .qyk [O 4. 总结 H<M
ggs- ,t+5(qi 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 )
#/@Jo2F ?I` BbT} 第1步 rx*1S/\PPc 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&/PCSf |5wuYG 第2步 cJ
G><' 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 6?/$K{AI }57wE$9K 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 S8O^^jJq; `L(AvSR 应用示例详细内容 K_iy^|0)5] :\@WY 系统参数 qAsZ,ik ,`/J1(\nd 1. 该应用实例的内容 2&E1) ^ &(fB+VNrOH `0rEV_$ 2. 设计&仿真任务 |H.(?!nTb ^;3z9}9 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。 Gd)@PWK wSp1ChS k 3. 参数:输入近乎平行的激光束 k;p:P ?s5Y >Au]S` (Al.hEs' 4. 参数:SLM像素阵列 @WX]K0$; X6mY#T'fQ D-.XSIEMu 5. 参数:SLM像素阵列 B.&ly/d eR(PY{ 5=g{%X 应用示例详细内容 Xc2Oa 9YMUvd,u 仿真&结果 [R j=k)aBm cO2
.gQo' 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM }XCHoB 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)。 Ys10r-kDS 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。 vN%zk(?T WlVC0& 2. VirtualLab的SLM模块 `j088<?j ZD1UMB0$4 fmH$1C< 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 @b2{'#9]} 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 "k\W2,q[ B`a5%asJn 3. SLM的光学功能 R|h9ilc 3ug{1M3 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 n{pS+u z 为此,将区域填充因子设置为60%。 VAc-RaA 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 `gy]|gS#b HoGrvt<:.P 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd /Cr0jWu
_ y";{k+ 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 5tR<aIf /reSU 2 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Q"CZ}B1< >Vc_.dR)E 4. 对比:光栅的光学功能 in -/ 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 ^r^cMksB* 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 ]j0v.[SX 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 ;Gxp'y 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 J0w[vrs&] 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 w:Fes 5<Cu-X
"8VCXD 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ?<,9X06dP
N\DEY] 5. 有间隔SLM的光学功能 UaCEh?D+Y 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 UNq!| b mZRCvW>A 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd [#n~ L6 {) 4D1 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 oddS~lW =0`"T!1 =jip* E^ 6. 减少计算工作量 R_.C,mR ? [zIX&fPk$
mgX0@#wFn 采样要求: |h(!CFR 至少1个点的间隔(每边)。 }S3m
wp<Y 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。 W'rft@J$ @DfjeS)u^ 采样要求: '0U+M{ 同样,至少1个点的间隔。 {<ymL} 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 !)ey~Suh 随填充因子的增大,采样迅速增加。 5NbI Vz j/wG0~<kz 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。 +bI &0` 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。 ,ju 1:` 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)。 XCoN!~ 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 |HI=ykfI 6T&6N0y+9 WZdA<<,:o wx
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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。 lQ!ukl) 7. 指定区域填充因子的仿真 O[3J Px ~d?7\:n 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。 .l"_f 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。 8Z:NT_Ss 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 .
[+ObF9= 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)。 }k7@
X 0FsGqFt CT3wd?)z` 8. 总结 -#j-Zo+< 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 KnbT2 {HNGohZt 第1步 8b!&TP~m1 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。 h"Yi' 1[D~Eep 第2步 52/^>=t 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 g&O%qX- 扩展阅读 BQ,]]}e43z 扩展阅读 tx}{E<\>$ 开始视频 lLxKC7b - 光路图介绍 XUfj 0 该应用示例相关文件: /@lXQM9T - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ;n00kel$ - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 \evK.i*KfA
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