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) V#;6<H" sidSY8j 应用示例简述 .YquOCc( k;v23 1. 系统细节 .@#i 光源 ag*RQ — 高斯光束 yBKkx@o#z 组件 ^7C?yC — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 cT
abZc 探测器 0Zkb}F2- — 视觉感知的仿真 uX*H2"A — 电磁场分布 zR2'xE* 建模/设计 1<_i7.{k — 场追迹: `X8AM= 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。 3 }Z[d 8M m,a 2. 系统说明 Uv,_VS( $a(EF
6 ;+XiDEX0} 3. 模拟 & 设计结果 {uEu
^6a5 1bb~u/jU 4. 总结 mc_`:I= @)m H"u!(7 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 uGl+"/uDu dxlaoyv: 第1步 ,mH2S/<}S 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 mT\!LpX }YHoWYR 第2步 ~JY<DW7 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 E!J;bX5 /C29^ P 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 j;eR9jI$T z8+3/jLN0B 应用示例详细内容 5DKR1z: 3e$&rpv 系统参数 ;3NA,JA#Y eX$P k: 1. 该应用实例的内容 -?n|kSHX z-nhL= jvn:W{'Q 2. 设计&仿真任务 RS@*/.]o uN V(r" 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。 }./__gJ T%K"^4k 3. 参数:输入近乎平行的激光束 DPIiGRw O$+J{@ jI0gQ [ 4. 参数:SLM像素阵列 C#X|U2$ 3B95t- k0.|%0?K 5. 参数:SLM像素阵列 hh`7b ,+ 4 n
*|F=fl ,dK<2XP 应用示例详细内容 y)?Sn lCg'K(|" 仿真&结果 ?cf9q@eAH Yd:8iJA 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM C0;c'4( 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)。 %{s<h6{R 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。 )2C`;\/: \ '6hv>W@ 2. VirtualLab的SLM模块 !]7r>NS> D U#6%8~ VqLqj$P 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 /qA\|'~ 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。 k2muHKBlk 37Vs9w 3. SLM的光学功能 d4F3!*@( :Zl@4} 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 _M=
\s>;G 为此,将区域填充因子设置为60%。 a=\r~Z7E 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。 4vcUHa|4 z/aZD\[_ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 5Og. :4 U=MFNp+ 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。 .<j\"X( v)>R)bzqe 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd w N9I )hB }2;~':Mklz 4. 对比:光栅的光学功能 .4pWyqU)! 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。
lAz.I 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。 }8Tr M0q8 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)。 EE5I~k5 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。 $+qJ#0OE$ 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。 8C3oj I5PI;t+
'v iF8?_ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 8V@ /h6-e, cLn&b}8' 5. 有间隔SLM的光学功能 7<DlA>(oUX 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。 ^c"
wgRHc< M \rW 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 'Y{fah HM ;9%rtO 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 jh\L)a* &OD)e@Tc C;#vW FE 6. 减少计算工作量 :clMO| Xl^=&!S>me
j4>1a 采样要求: 9T#d.c24 至少1个点的间隔(每边)。 #]pFE.o 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。 8TIc;'bRM WVl yR\. 采样要求: uQgv ;jsPz 同样,至少1个点的间隔。 dq[X:3i 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 ousvsP%' 随填充因子的增大,采样迅速增加。 7xidBVx v?Q&06PMRc 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。 U{Xg#UN 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。 qELy'\ 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)。 nS'hdeoW 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 CU'$JF < ]#'6' G\4h4% a >DqV^%2l
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。 K1]m:Y< 7. 指定区域填充因子的仿真 j}~3m$ w4w[qxV> 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。 S{_i1' 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。 CPGiKE 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 I[u%kir 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)。 J_) .Hd :(gZ\q">k 8wJfGY 8. 总结 #_)<~ 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ,kiyxh^ {x$WBy9 第1步 rbfP6t:c3 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 AP*Z0OFE b7&5>Q/g 第2步 62{(i'K 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 6Ap-J~4 扩展阅读 {akS K 扩展阅读 >S\D+1PV 开始视频 _Ec9g^I10 - 光路图介绍 |Et8FR3[m 该应用示例相关文件: Se*o{V3s$ - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 rt- ^?2c? - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 -L=aZPW`M
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