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) zz ^2/l iz'#K?PF_ 应用示例简述 5#~ARk*?a Wsb=SM7; 1. 系统细节 $y!k)"k 光源 JTcK\t8 — 高斯光束 pdnkHR$ 组件 9*!C|gC9Ia — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 8l|v#^v 探测器 ;IhkGPpWP — 视觉感知的仿真 ZN)a}\] — 电磁场分布 <y${Pkrj 建模/设计 9moenkL — 场追迹: *&X. 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 &gc8"B@V {e,m<mAi 2. 系统说明 w7Nb+/,sg ZoJ:4uo
N` -a`EL]NX 3. 模拟 & 设计结果 YQ>P{I%J #pJ^w>YNy 4. 总结 k[oU}~*U+ #84pRU~ 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 zuOx@T^ Tfc5R;Rw 第1步 }?B=R#5 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 T:Dp+m!\{ %-@`| 第2步 /#J)EH4p 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 gx&BzODPd0 w5"C<5^ 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 3=xb%Upw F,#)8>O 应用示例详细内容 hvu>P { 8;7Y}c 系统参数 -ecP@, 5,!,mor$] 1. 该应用实例的内容 U6qv8*~ -X(%K6{ Fz7(Kuc 2. 设计&仿真任务 7G}vQO :u#Ls,OZz 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。 ;J pdnV VAf~,T]Ww 3. 参数:输入近乎平行的激光束 "|pNS) ~uRG~,{rH K^AX=B 4. 参数:SLM像素阵列 dwks"5l D"fE )@Q@Y }NPF]P; 5. 参数:SLM像素阵列 W#|]m=2W QLo^6S5! ?iG}Qj@5 应用示例详细内容 V%&t'H{ }AG$E}~/ 仿真&结果 Y4`MgP8t C,C%1
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM MrjET!`.jC 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 W;*rSK|(Sc 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 J=>?D@K qWe1`.o 2. VirtualLab的SLM模块 l(9$s4R v'*Q[
(' ^pMjii8IZ 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 phSF.WC 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。 !_s|h@ 4*OL^\% 3. SLM的光学功能 (+>~6SE hb9X<N+p 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 u3kK!2cdP 为此,将区域填充因子设置为60%。 zLXmjrC 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。 ';??0M ME~ga,|K 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd `(1em%} ~c[}%Ir> 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。 tA$,4B? NAhV8 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd "xZ]i) c\UVMyE 4. 对比:光栅的光学功能 VE^NSkOa& 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。 ?*E Y~'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。 hNc;,13 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)。 !zL1XW)q 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。 8rXq-V_u 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。 c&)H Y5=~>*e
aGNVqS%y 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Pca~V>Hd WKX5Dl 5. 有间隔SLM的光学功能 F1R91V| 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。 $-"AMZ899 [y}/QPR 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd QRdNi1&M O/gok+K 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 M$-4.+G KSVIX!EsX rui}a=rs 6. 减少计算工作量 ~wDmt f2_LfbvH
z=!$3E ecr 采样要求: [V{JuG;s 至少1个点的间隔(每边)。 u_@%}zo?5* 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>; :mf n=r}jRH1 采样要求: YS?P A# 同样,至少1个点的间隔。 0{v? 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 Di9yd 随填充因子的增大,采样迅速增加。 2iI"|k9M cGkl=-oQ' 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。 l}335;( 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。 +^gh3Y 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)。 T;GBZR% 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 JwB:NqB zJI/j
_~W )&+_T+\ o}v #Df
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。 "+_]N9%) 7. 指定区域填充因子的仿真 GWjKZ1p 8 jqt=}b 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。 ,M7sOp6} 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。 #1hT#YN 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 'nP'MA9b;a 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)。 7zr\AgV9 .`Z{ptt> >1pD'UZIy7 8. 总结 34YYw@?}Y 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <Ml,H%F n8[sR;r5f 第1步 Rt7}e09HV 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。 R|V<2 }K~JM1(26 第2步 @EO#Ms 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 GOJi/R.{ 扩展阅读 Vnh
+2XiK 扩展阅读 T 6QnCmB4 开始视频 P(X#w - 光路图介绍 oge^2 该应用示例相关文件: k%hD<_:p - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 JsnavI6 - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 vR,HCI
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