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) QjC22lW- aDehqP6vf 应用示例简述 JMVNmq&0 ^mb[j`CCt 1. 系统细节 bcAvM; 光源 NuYkz"O] — 高斯光束 5bA)j!#)|X 组件 JkGnKm9G — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 !o>H1#2l 探测器 >y}M.Mm — 视觉感知的仿真 D)@YI.T — 电磁场分布 )LdyC`S\c 建模/设计 b9"jtRTdz — 场追迹: (?H0+zws^ 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。 3mSXWl^? $z$u{ 2. 系统说明 r@{~ 5&L *A~
G_0B Vf`7V$sr 3. 模拟 & 设计结果 2 QNNp:`6 F|&{Rt 4. 总结 *#TYqCc+g 8v71e> 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 c)Ic#<e( 6&!&\ 第1步 fl;s9:< 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 IQ!\w- "7v-`i 第2步 }'OHE(s 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 suH&jE$ x l?iSxqdT 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 \3Q&~j Q.Aw2 应用示例详细内容 =0-
$W5E i%{3W:!4t 系统参数 U#n#7G6fRp 5VO;s1 1. 该应用实例的内容 2..,Sk 4G@nZn n$aA)"A # 2. 设计&仿真任务 n9;;x%6 .I v?c 0[+? 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。 `+#G+Vu5 f,z P* 3. 参数:输入近乎平行的激光束 P"lBB8\eku yIb,,!y9{ `]v[5E 4. 参数:SLM像素阵列 +x]9+D& >|Q:g,I f1PN| 5. 参数:SLM像素阵列 &/A8-:m zKFp5H1!%+ 9e U[*S 应用示例详细内容 4gSH(*} l/y]nw 仿真&结果 $^ 'aCU0C dx,=Rd5' 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 1ZJQs6 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)。 XCsiEKZ_i 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。 #,(sAj <?0~1o\Ur 2. VirtualLab的SLM模块 ,uz ]V1 f&4,?E;6% zciCcrJ 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 %~NH0oFO 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。 J
wm T/ (!5LW'3B 3. SLM的光学功能 nH !3(X* QHBtWQgS 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 +KEkmXZ 为此,将区域填充因子设置为60%。 `N/RHb% 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。 % p?brc !}M, 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ~e@>zoM'^ qP*}.Sqk7 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。 0(8H;T XA_FOw!cX 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd
\4ghYQ: _kFYBd 4. 对比:光栅的光学功能 KyP)Qzp 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。 9H]_4?aX 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。 aH_6s4+: 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)。 qIwV 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。
,%# 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。 .wrL3z_ VyG4(Xva
^4v*W;Q 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 1;eX& t@?u 5. 有间隔SLM的光学功能 vOI[Z0Lq9h 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。 ! o,5h|\ pL1s@KR 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd FrTg4 VY 1vXM3y 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 &ogt2<1W w8~K/>!f O';ew)tI
6. 减少计算工作量 "L&k)J 1D([@)^
ZC^C 采样要求: \[wCp*;1} 至少1个点的间隔(每边)。 HO|-@yOF^ 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。 Md;/nJO~{ y@ek=fT%4 采样要求: `kN#4p 同样,至少1个点的间隔。 eo#^L} 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 @fn6<3 随填充因子的增大,采样迅速增加。 U Lmg$T& ^gro=Bp( 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。 |@VF.)_ 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。 DhKr;e 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)。 #'o7x'n^ 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 V`a+Hi<P\ KAA3iA@>+ ;\)=f6N %I4zQiJ%
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。 f!GHEhQ9 7. 指定区域填充因子的仿真 dXu {p !)OB@F%U 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。 .5tg4%l 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。 Aa(<L$e!` 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 |DG@ht 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 \MYU<6{u 0my9l;X .{rbw9 8. 总结 '
lo.h"" 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <4?*$ r:l96^xs 第1步 pz}mF D&[ 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{7ji} ]
VG?+ 第2步 4Z%Y"PL(K 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 eO4)|tW 扩展阅读 ]O{_O&w 扩展阅读 EnCU4CU` 开始视频 B%b_/F]e - 光路图介绍 {/UhUG 该应用示例相关文件: V,4.$<e - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 1i?=JAFfM - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 af>3V( 7
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