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) 2r<UYB !uy?]l 应用示例简述 *ofK|r yUqvF6+26 1. 系统细节 pu,/GBG_ 光源 WUMx:a0! — 高斯光束 2j*\n|"}{ 组件 zH}u9IR3` — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ;F"W6G 探测器 ,H[-.}OO — 视觉感知的仿真 DTI+VY.W^ — 电磁场分布 E&jngxlN 建模/设计 dGrOw) — 场追迹: +);o{wfW 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。 |C\g 3N- 45W:b/n\ 2. 系统说明 Yk6fr~b \bZbz/+D l3)(aay! 3. 模拟 & 设计结果 HkGzyDt hnmFhJ !g 4. 总结 G]=U=9ZI 9Or3X/:o 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 :~{XL >:S {M$mrmG 第1步 >/ECLP 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。 w[n|Sauy, AW!|xA6'`: 第2步 +g@@|&B 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 8~Rja XK{`x< 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 4ehajK KAO}*? 应用示例详细内容 /px*v<Aw1 kS[k*bN0 系统参数 \Llrs-0 M b=Zg1SqV 1. 该应用实例的内容 |bVNlL"xN plv"/K JM bv)E>%Yy 2. 设计&仿真任务 Z"mpE+U* 7E%ehM6Y 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。 \# lh b +d2+w1o^V 3. 参数:输入近乎平行的激光束 <YUc?NF 0/#XUX 4 ghx8dX} 4. 参数:SLM像素阵列 s@'};E^]@r Q4Hf!v]r f>;5ZE4Zu 5. 参数:SLM像素阵列 Z=L' [6 EN+WEMro mO?G[?*\ 应用示例详细内容 KQNSYI7a vpMNulXb, 仿真&结果 (t&P.N/ Z>7Oez> 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM \V7Hi\) 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)。 k&n7_[]n 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。 k(3s^B bsR^H5O@ 2. VirtualLab的SLM模块 'B8fc-n a`~$6
"v tPDV"Md#m< 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 W7O%.xP 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。 ahhVl=9/ao i5(_.1X<#{ 3. SLM的光学功能 +0^ N#0) o{f n} 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 WvAl!^{` 为此,将区域填充因子设置为60%。 F'C]OMBE 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。 =3a`NO5! Y=vA;BE]R 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ]W5s!T_ 2j=3i@ 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。 !:c7I@ WLDt5R 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd n?YGXW/ $*G]6s 4. 对比:光栅的光学功能 {>5z~OV 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。 TAi
|]U! 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。 -+'{C= 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)。 S;Lqx5Cd 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。 kFw3'OZ, 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。 :>Z0Kb}7 ~N>[7I"*
o5BOe1_Pw 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd '"GdO;}& .^,fw=T|1 5. 有间隔SLM的光学功能 E-E+/.A 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。 HqcXP2 cd)<t8^KE 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ]m=* =LLC -x:Wp*, 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 DS=kSkW^&5 wI#rAx7f- 4w*F!E2H\} 6. 减少计算工作量 R+]Fh4t <*8nv.PX*
BXZ( %tnY 采样要求: `w[0q?}"` 至少1个点的间隔(每边)。 i._d^lR\t 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。 sN5x\9U qWw@6VvoQ 采样要求: '+f!(teLz 同样,至少1个点的间隔。 {|%5}\% 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 [0m'a\YE9 随填充因子的增大,采样迅速增加。 G?<L{J2"Q Hu1w/PLq 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。 : b $
M 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。 e}(.u1 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)。 ?rk3oa- 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 9} eIidw K 0b?9LFd E36<Wog dbB2/RI
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。 AJCWp4, 7. 指定区域填充因子的仿真 ?mG
?N(t/h s
~(qO|d 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。 Pkc4=i,`A 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。 qW?^_ 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 +\"@2mOH{+ 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)。 @2YO_rL[ o'>jO.| S4~^HvMG[Y 8. 总结 4y>G6TD^ 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 3j]La &XrF#s 第1步 ;6fkG/T 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。 CU lANd" ds5<4SLj 第2步 l*B;/
>nR 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 IW6;ZDP 扩展阅读 k(u W( 6 扩展阅读 +&(sZFW5o 开始视频 *M"lUw#(f - 光路图介绍 2>ce(4Gky 该应用示例相关文件: C\$7C5/ - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 "O9uz$ - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 w2/%e$D!9
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