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) GyV3 ]Qqj %?^T^P 应用示例简述 $tyF(RybG ||y5XXs 1. 系统细节 q#W|*kL3 光源 L&1VPli — 高斯光束 OE(H:^ZR 组件 s)$N&0\ — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 gWp\?La 探测器 Wjt1NfS& — 视觉感知的仿真 LOyL:~$ — 电磁场分布 )^UM8
s 建模/设计 [>"bL$tlo* — 场追迹: bWv4'Y!p 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 ?2VY^7N[ !j8h$+:K 2. 系统说明 *F+t`<2 03*` T SCk2D!u 3. 模拟 & 设计结果 :ho)3kB o+W5xHe^1 4. 总结 QRj><TKi ReOp,A/y 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0bxB@(NO ]!J 6S.@#+ 第1步 ^4^1)' % 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。 !3>(fj+QS P"0S94o:5J 第2步 o.t$hv| 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 oxE'u< &eV& +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。 PL/as3O^A mH>oF| 应用示例详细内容 $: "r$7 0es[!
系统参数 u2
a
U0k: _aVrQ@9 1. 该应用实例的内容 ;cl\$TDL E4RvVfA0F *vFVXJo 2. 设计&仿真任务 Go3EWM`Cd8 ghm5g/ 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 ~vnG^y>% vz:P2TkM 3. 参数:输入近乎平行的激光束 Y-6
?x ?)x>GB(9ZN !b0'd'xe 4. 参数:SLM像素阵列 x\r7q Ddde,WJA Ei2Y)_ 5. 参数:SLM像素阵列 `HvU_ja; KE:PRX * ]~ug%a 应用示例详细内容 Q=J"#EFs Z8nj9X$ 仿真&结果 SCE5|3j L+Yn}"gIs 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM f>ohu^bd 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)。 mh]'/C_*<w 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。 Rkm1fYf V0 x[sEW 2. VirtualLab的SLM模块 }$3eRu + q}e"E
cr L<!}!v5ja 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ]&\HAmOQS 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。 8
$0 D-z Mit,X 3. SLM的光学功能 $u_0"sUV QlJ
cj+_h 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 E%OY7zf`% 为此,将区域填充因子设置为60%。 ~C=I{qzF+ 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 %"PG/avo ?D-1xnxep 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd F<q'ivj:w TjxZ-qw< 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 /
pzdX%7 ;hGC.}X 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd =3OK3| >f #P( 4. 对比:光栅的光学功能 }r$&"wYM 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。 >_P7 k5Y^ 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。 l
T~RH0L 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)。 6M9t<DQV 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。 )&]gX 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。 ~K}iVX GZ0?
C2\
:+{G|goZ* 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd '^ b B+ JP`$A 5. 有间隔SLM的光学功能 S[,! 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 XlUM ~(7+v OJiW@Z_\ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd c7Sa|9*dR >nV~5f+ 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 Pe6}y H-A?F^# vdw5T&Q{{C 6. 减少计算工作量 :)VO,b~r OV3l)73?t
aTS\NpK& 采样要求: 7S$Am84% 至少1个点的间隔(每边)。 wBZ=IMDu\ 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。 LVKvPi c* 2U'A 采样要求: eygmh aE 同样,至少1个点的间隔。 r/zuo6"5 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 T<(1)N1H` 随填充因子的增大,采样迅速增加。 ITJ{]7N F: %-x=q 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。 yO*~)ALb+ 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。 WLl_;BgN 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)。 FsQeyh> 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 %B?@le+% u3 k% #HFB*> ;6S,|rC]
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。 j6v|D>I 7. 指定区域填充因子的仿真 K"u-nroHW !v/5G_pr 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。 8G$ %DZ $ 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。 X[/>{rK 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 rk$&sDc/3 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)。 )!6JSMS &*2\1;1tB TNe,'S,% 8. 总结 e RY2.! 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _8t5rF !5,>[^y3 第1步 ;1qE:x}'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。 7P1G^) 3ARvSz@5 第2步 j>jZg<}J 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 U\aP 扩展阅读 HYVSi3[ 扩展阅读 U%%fKL=S 开始视频 W0e+yIaR - 光路图介绍 X&C&DTB 该应用示例相关文件: F6>K FU8 - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 .OhpItn - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 +;z^qn
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