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) s-~`Ao'
< l+X\>, 应用示例简述 c:<a"$ w(K|0|t 1. 系统细节 g1(5QWb 光源 Hx!eCTO:* — 高斯光束 5hTScnL% 组件 N7YCg — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 8~&=vc 探测器 ln8es{q — 视觉感知的仿真 .K`n;lVs — 电磁场分布 / vu]ch 建模/设计 n~tb z"& — 场追迹: w^,Xa 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。 "yj_v\@4 Y/T-q<ag8 2. 系统说明 )<qL8#["U Z'Pe%}3 hTmJ
~m'J 3. 模拟 & 设计结果 yB 'C9wEH {L [ 4. 总结 O\)Kg2 ^YB2E* 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 5fYWuc9}z gyhy0 第1步 m9+?>/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。 B]6Lbp"oo ,t:P 第2步 T8Q_JQ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 )d2:r 07a 1}+b4"7] 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 E&5S[n9{3 <K,X5ctM} 应用示例详细内容 V`HnFAW t)rPXvx}! 系统参数 Cpy&2o-%v G?61P[j7 1. 该应用实例的内容 Rw FA ]lqZ9rO Ih4$MG6QC 2. 设计&仿真任务 ~tZB1+%) "fUNrhCx 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 t1yOAbI %~8f0B|im 3. 参数:输入近乎平行的激光束 O'{kNr{u o=K9\ l q/d?cLgl 4. 参数:SLM像素阵列 b;#_?2c ?mSZQF:d@ %[M0TE=J 5. 参数:SLM像素阵列 0CK }pnp._j {2q0Ko< 应用示例详细内容 lNtxM"G& w5
] lU 仿真&结果 pU'>!<zGr )Q>Ao. 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM B& R?{y* 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 ^u1Nbo 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 |5X59!
JL 9yWf*s< 2. VirtualLab的SLM模块 N:'!0|6?x- 56.JBBZZ B3u/
y 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 dNF_T?E\ 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 X(rXRP# 9=}[~V n 3. SLM的光学功能 uOy/c 8` x(R;xB 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 o?Cc 为此,将区域填充因子设置为60%。 n;$u%2 t2 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。 (
^@i(XQ =5V7212 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 4[MTEBx yFQaNuZPC 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。 H$ g* ^cSfkBh 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ;134$7!Y %7w8M{I R3 4. 对比:光栅的光学功能 @:#J^CsM+' 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 aNNRw(0/ 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 +`>E_+Mp 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 xpo^\E?2 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 b4bd^nrqV 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 Dj'?12Onu= &}7R\co3
SK^(7Ws~0 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd kR^h@@'F" 1_v\G 5. 有间隔SLM的光学功能 }1~9i'o%Z 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 (xVx|:R[<H I"x|U[*B 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd %dq%+yw{%m VwZ~ntk 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 ; '
vkF VP^Yf_ Zv=pS
(9 6. 减少计算工作量 Bp5ra9*5+~ !6RDq`
NCG;`B`i 采样要求: i20y\V
os? 至少1个点的间隔(每边)。 C4.GtY8,d 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 2;s[ m3 OY:rcGc`t 采样要求: q/ 54=8*h0 同样,至少1个点的间隔。 (l-=/6- 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 CMOyK^(e 随填充因子的增大,采样迅速增加。 q oi21mCn >dm9YfQ 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 eI2HTFyT 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 N#"l82^H* 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 PuGs%{$(h 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 j3/6hE> Og1vD5a NFx%e ~&qv[XS
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。 .udLMS/_ 7. 指定区域填充因子的仿真 ,(K-;Id4 K[OOI~"C 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。 #G F.M,O/h 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。 (B\
UZb 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 GWPBP-)0 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)。 c!7WRHJE_a ~S;-sxoO0l a~_JTH4=t 8. 总结 F!)[H["_ 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 wS#Uw_[ )?(Ux1:w) 第1步 .<z7$lz\ 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 e"eIQI|N 2z;3NUL$n 第2步 37a1O>A 分析不同区域填充因子的对性能的影响。
nYZ6'Iwi' 扩展阅读 -k8sR1( 扩展阅读 [w@S/K[_| 开始视频 ,pGA|ob - 光路图介绍 sRT H_]c 该应用示例相关文件: 9cP{u$ - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 q6C`hVMl - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 i.)n#@M2
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