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) 3^02fy :jk)(=^ 应用示例简述 vz;7} Zj] GhG%>U#&a 1. 系统细节 Hi; K"H]x1 光源 ?qf:_G — 高斯光束 MtpU~c 组件 Q$xa — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 6[+\CS7Lt 探测器 nd $H
3sf — 视觉感知的仿真 '[>\N4WD — 电磁场分布 0Y5LDP 建模/设计 r/mA2 — 场追迹: g(-;_j!= 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 uSABh^ "XGD:>Q. 2. 系统说明 TqS2!/jp @T<ad7g-2J e1^fUOS 3. 模拟 & 设计结果 FX%t Ho|o,XvLv 4. 总结 !OPSS P]- FWuw/b$ 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 P7's8KOoS tlDYk 第1步 %9t{Z1$ 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。 S-isL4D.Z )HEfU31IC 第2步 7sXy`+TZ-> 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 yt. f!" ?Fce!J 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 uc 'p]WhQ gh TcB 应用示例详细内容 8QT<M]N% Iha[Gu 系统参数 9*4 . Y!Drb-U?; 1. 该应用实例的内容 <x0)7xX Vr 8:nP: I6+2>CUGo 2. 设计&仿真任务 auRY|j 0x\2#i 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。 )Nbc/nB$ {&-#s#& 3. 参数:输入近乎平行的激光束 S.: 7k9 (VyA6a8 RAV^D. 4. 参数:SLM像素阵列 \b$<J.3 E tx`K5Tr] ll%G!VR 5. 参数:SLM像素阵列 ]KWK}Zyi Q/py qe G B!}BM}r 应用示例详细内容 +< yhcSSTB v5T`K=qC 仿真&结果 TGf;_)El BxdX WO 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM =WK04\H 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 &RW`W)0; 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 2 z7}+lH U;U08/y 2. VirtualLab的SLM模块 Uyk,.*8" 3+(z_!Qh 'Jydu 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 uw33:G 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 VI_+v[Hk/ 8z}^jTM 3. SLM的光学功能 BvK QlT f*m[|0qI<X 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 Svw<XJ 为此,将区域填充因子设置为60%。 =45W\ 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 | -+zofx .z-UOyer 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd bL`eiol6 `PlOwj@u0` 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 }mk>!B}= ashar&' 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd "=A>}q@;H 5=L} \ankn 4. 对比:光栅的光学功能 a]B[`^`z 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 & mt)d 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 pe.QiMW{8 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 *Y6xvib9* 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 =\3Tv 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 8P2 J2IU 314=1JbL fU+Pn@' 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd :50b8 1m@^E:w 5. 有间隔SLM的光学功能 GP a`e 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 L,LNv eu#'SXSC
F 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ,wAz^cK|
F0lOlS 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 \6!W05[ Q ?cy4&]s K8I$]M 6. 减少计算工作量 6iA( o*'Yn ~O6\6$3b5E
PnYBy| yl 采样要求: cr;`Tl~}s 至少1个点的间隔(每边)。 b #fTAC;< 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。 PoSpkJH (5Nv8H8| 采样要求: X[yNFW}S2W 同样,至少1个点的间隔。 /~p+j{0L3W 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 /RnTQ4 随填充因子的增大,采样迅速增加。 pv)`%< LW)H"6v 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。 rf&M!d}! 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。 muON>^MbC 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 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 k?GD/$1t ?#A]{l $.%rAa_H 2/
rt@{V(
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。 t<iEj"5 7. 指定区域填充因子的仿真 fh8j2S9J nk"NmIf 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 !A3-0zN! 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 }n:?7 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 68fiG 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 n"Veem[_4g 0fXLcal Ga>uFb}W~ 8. 总结 PXoz*)tk 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 k*rZ*sSp ?
8aaD>OR$ 第1步 EI~"L$? 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 AFvgbn8Qh +ECDD'^! 第2步 QS.>0i/7l 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Jq.lT(E8D 扩展阅读 @:0ddb71 扩展阅读 EI>6Nh 开始视频
wm{3&m - 光路图介绍 g>0XxjP4 该应用示例相关文件: O%~jop7#6 - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 5<pftTcZ - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 AE`We$!
|