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) ri;r7Y9V9` 'jwTGT5x 应用示例简述 {.%0@{Y GYTbeY 1. 系统细节
.;}pU!S~R 光源 ^W{eO@ — 高斯光束 f(W,m
>.; 组件 yl|R:/2V — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ,9+nfj 探测器 <C2c"=b — 视觉感知的仿真 5"]aZMua — 电磁场分布 |HT)/UZ| 建模/设计 @V*au: — 场追迹: /Ir 7
DZK 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。 !vi4*
@: ~MD><w> 2. 系统说明 ~n)]dFy !WDn7j'A j=p|'` 3. 模拟 & 设计结果 .jy)>"h0 HXz iDnj 4. 总结 (p'/p [ )B@ 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _p?I{1O ([E#zrz% 第1步 6NP`P j R 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。 vsxvHot= 4{uJ||! 第2步 d;IJ0xB+by 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 vQE` c@^{ `\6 +z 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 WIhIEU7 / $XtV8 应用示例详细内容 1/F<T MX%|hIOpr 系统参数 9iiU,}M`j ~r7DEy|+ 1. 该应用实例的内容 1j_aH#Fz: m3 x!*9h |8b$x| B 2. 设计&仿真任务 /6?tgr 1ZGQhjcx 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。 $,!dan<eA KI^ q 5D ? 3. 参数:输入近乎平行的激光束 +A;n*DF2 .CB"@.7 q>wa#1X) 4. 参数:SLM像素阵列
~`a#h# <<~lV5 >&4I.nA 5. 参数:SLM像素阵列 y81#UD9[ je$R\7B< S S7D1 应用示例详细内容 7cJO)cm0' Rq~
>h99M 仿真&结果 7l4InR] @8}-0c 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM MV:<w3! 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)。 Z &ua,:5 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。 wt3Z?Pb !ds"88:5^ 2. VirtualLab的SLM模块 t(LlWd ;+#za?w tOp:e KN 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 H-PW( 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。
QmDhZ04f `t/@ L: 3. SLM的光学功能 ,
.NG.Q4f bRY4yT 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 8=u+BDG 为此,将区域填充因子设置为60%。 Dg];(c+/ 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。 -O5(% D{3 x}5 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 6kmZ!9w0| n8y ,{| 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。 UH.}B3H ~ L i% 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd SFXfo1dqH -sGWSC 4. 对比:光栅的光学功能 !Sr0Im0 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。 :p*ojl| 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。 MSrY*)n!>O 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)。 yScov)dp( 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。 +p%5/smfs 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。 1zEZ\G nP3;<*T P0
CzDR% v x 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd t,r&SrC u3v6$CD? 5. 有间隔SLM的光学功能 3T.M?UG> 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 3Wtv+L7Br X?k V1 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd e*'|iuDrY y:|Xg0Kp 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 fuIv,lDA e8ig[:B>+ #|*,zIYo 6. 减少计算工作量 V?L$ys #B.w7y5*
GJl@ag5h]! 采样要求: \i;~~;D 至少1个点的间隔(每边)。 "3KSmb 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。 { ves@p>? *~lgU4 采样要求: "}~i7NBB 同样,至少1个点的间隔。 ?U9d3] W 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 ff5
Lwf{{ 随填充因子的增大,采样迅速增加。 j*Wh;I+h l!2Z`D_MD 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。 6/WK((Fd 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。 S&))
0d 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)。 ;
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6Fe) 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 :Kc0ak)<n ]OCJ~Zw cTIwA:)D A(@gv8e[H^
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。 'rq#q)1MT 7. 指定区域填充因子的仿真 *e"GQd? sz2SWk^& 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。 >^\>-U| 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。 j?KB8oY`TP 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 q?]@' ^:; 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)。 &)f++(i -$MC Y"
+1,?yH 8. 总结 W<hdb!bE 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 `zOAltfd `6/Yf@b 第1步 ;F]|HD9 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 (>5VS 0<]!G|;| 第2步 V-U
^O45 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 f;XsShxr 扩展阅读 ?OYwM?Uf 扩展阅读 }GNH)-AG)$ 开始视频 jl0Eg - 光路图介绍 {F9Qy0.*u 该应用示例相关文件: A%8`zR - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 >@89k^#Vc - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 x^#{2}4u
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