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) ;Sg,$`] >V4r'9I 应用示例简述 DiGHo~f xM@s`s|n 1. 系统细节 @!}/$[hu1 光源 Ql9>i;AGV — 高斯光束 @"wX#ot 组件 <4~SFTWY — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ei"c|/pO 探测器 {u-J?(s} — 视觉感知的仿真 sH'0utD#Y — 电磁场分布 %UhLCyC/ 建模/设计 e/#6qCE — 场追迹: J^S!GG'gb 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。 kD7'BP/# <0? r#
} 2. 系统说明 '-Oh$hqCx| f2&6NC; 2.]d~\ 3. 模拟 & 设计结果 0)7v_|z (44L8)I.D 4. 总结 ` N
R,8F =e0MEV#s. 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 B-$zioZ b5I 8jPj4c 第1步 h9!4\{V;h 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。 hwQ|'^(@O Qr7|;l3 第2步 %d40us8 E 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 l*huKSX} {u9n?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。 G)c+GoK y7+n*|H 应用示例详细内容 :(.:bf .726^2sx 系统参数 UEt78eN H8B2{]HAt 1. 该应用实例的内容 B&<5VjZ\ 9_.pLLx TTbJ9O<43 2. 设计&仿真任务 dw!Xt@,[g{ i)$+#N 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 qh&q<M g{uiY| 3. 参数:输入近乎平行的激光束 "%S-(ue: A f!`7l- (FZ8T39 4. 参数:SLM像素阵列 TU6YS< ZX.,<vumSy %++S;#)~ 5. 参数:SLM像素阵列 Uovna:" b'`XFB#V qJO6m-
应用示例详细内容 Ktvs*.? ,\#j6R,{I 仿真&结果 Vpzjh,r-j q[}re2 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM |9Yx`_DF 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 2PUB@B'
+ 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 m=v.<+> Pth4_]US 2. VirtualLab的SLM模块 ~E_irzOFP vRD(* S9^ e%4vvPp 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。
heB![N0: 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 g>'6"p; ;`kOFg#`)c 3. SLM的光学功能 =CS$c? KL9JA;" 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 nD)SR 为此,将区域填充因子设置为60%。 zlTLp-^Y 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。 N~or.i&a w^n&S=E E~ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd AW9%E/{ (^sb('" 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。 $Fy~xMA8O z|Xt'?9&n 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ,zH\P+* ]W%rhppC 4. 对比:光栅的光学功能 Z=%u:K}[ 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 D&@ js!|5 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 CDW|cr{ 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 S$R=!3* "V 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。 0"+QWh 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。 >yqEXx5{ (Ia:>ocE0
wN6sica| 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd i=M[$ 3/&
|Z<f 5. 有间隔SLM的光学功能 5GPAt 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。 N[O_}_ <S;YNHLC 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd h"}F3E #^ .G^d(= 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 W=|'&UU Ul QV*la= j/ Y2N$&]O{ 6. 减少计算工作量 L=s8em]7l /w2IL7}
vt5>>rl 采样要求: G4#Yz6O 至少1个点的间隔(每边)。 7ruWmy;j 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。 4K4u]"1 y] Cx[ 采样要求: FgPmQ 同样,至少1个点的间隔。 C)9-{Yp 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 a<+Rw{ 随填充因子的增大,采样迅速增加。 to#2. XoMgbDC 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。 cRf;7G 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。 xcJvXp
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)。 ]Rp<64I o 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 'Nx"_jQ (.{. " #}Ays#wA>? a{?>F&vnU
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。 \(5Bi3PA} 7. 指定区域填充因子的仿真 v yP_qG 4L,&a+) 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。 {z'Gg 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。 7bJM
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因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 $.B}zY{ 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 W$Aypy
y92<(ziaX) SBw'z(U 8. 总结 )%!X, 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 mj9]M?] r&L1jT. 第1步 ~i}/ 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。 H@k$sZ. Ac[;S!R 第2步 T(~^X-k 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 P|aSbsk:I< 扩展阅读 0upZ4eN 扩展阅读 HI)U6.' 开始视频 `]Vn[^?D - 光路图介绍 8mX:*$qm: 该应用示例相关文件: VC!g,LU|- - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 RZj06|r8 - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 D[Ld=e8t
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