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) hVui.] ;k,@^f8 应用示例简述 y*p02\) @[Q`k=h$ 1. 系统细节 0sTR`Xk 光源 DgY
!)cS — 高斯光束 +(^HL3 组件 ?0?3yD-!9 — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 C2\zbC[qm 探测器 y0~ttfv — 视觉感知的仿真 ;~'& m — 电磁场分布 C7DwA/$D 建模/设计 5HIQw9g6 — 场追迹: G\B+bBz 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 -:OJX #j
90K&oof?M 2. 系统说明 Lj3Pp$h
Lw%_xRn) l@ (:Q!Sk 3. 模拟 & 设计结果 Y*S:/b~y oYt 34@{? 4. 总结 Ivj=?[c| D2=zrU3Y64 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 n9n)eI)R A7|L|+ ? 第1步 z,4 D'F& 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。 J0oeCb 76KNgV)3 第2步 /?($W|9+l 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 -3guuT3x\ DUh\x>^ 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 *>1^q9M vm'Z A7f6 应用示例详细内容 _l"nwEs YPf? 系统参数 U4<c![Pp. e<[ ] W4"A 1. 该应用实例的内容 K[LuvS K1Uq`T J VCJOWUEO1 2. 设计&仿真任务 DfP-(Lm) =I@I 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 MU(I#Prpe j<k6z 3. 参数:输入近乎平行的激光束 D W^Zuu/) y@<2`h Y]](.\ff 4. 参数:SLM像素阵列 ^$sqU 'tvuw\hhL ,isjiy
J 5. 参数:SLM像素阵列 Dad$_% a@d 15CN aWJj@',_ 应用示例详细内容 X2rKH$<g "H<us?r{ 仿真&结果 y&-QLX L "WUS?Q 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM zsJermF,O 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)。 nw0#gDI| 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。 v8j3
K R&J?XQ 2. VirtualLab的SLM模块 J9p4\=9 GNe^~ 2\QsF,@`YU 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 8W?dWj 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。 -THMTRFz _#s,$K# 3. SLM的光学功能 |K06H
?6X ~~ rR< re 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 \6JOBR 为此,将区域填充因子设置为60%。 y!.jpF'uI 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。 m<#12#D AyOibnoZ2E 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd vIbM@Y4
'? Vm>E F~ r 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。 JcA+ztPU 5UO+c(T 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd }Mt1C~{( NX.xEW@ 4. 对比:光栅的光学功能 +8T^q, 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。 bAGKi. 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。 uMS+,dXy 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)。 .
yg# 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。 RbXR/Rd 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。 Xa?O)Bq. 6AGZ)gX
-6HwGfU 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd yy7(')wKO EZ]4cd/i 5. 有间隔SLM的光学功能 AXW.`~ 4 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'mcN* bYnq,JRA 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ,T<JNd' DylO;+ 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 2 HEU D3X4@sM bj`\;_oo 6. 减少计算工作量 JfIXv :~vodh
'\tI| 采样要求: ~\jP+[>M' 至少1个点的间隔(每边)。 !i^"3!.l,] 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。 *;Mi/^pzK Qs6Vu)U= 采样要求: Og/aTR<;= 同样,至少1个点的间隔。 b-sN#'TDg 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 &aLTy&8Fv 随填充因子的增大,采样迅速增加。 6*q1%rs:w K)7T]z` 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。 fY[Fwjj3 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。 Z~~6y6p 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)。 G?1GkR 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 j|k/&q[St W2
-%/ z'EQdQ) P1Hab2%+
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。 Q&eyqk 7. 指定区域填充因子的仿真 )8@- olE(#}7V 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。 7__[=)(b2X 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。 4,I,f>V 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 )4L2&e`k)( 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)。 lFnls6dp ub-3/T wtTy(j,9 8. 总结 QnWE;zN[7A 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 H5}61 JC/z 3%kUj 第1步 pAE
(i7 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。 fp' '+R[ 9Da{|FyrD 第2步 qzUiBwUi@ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 N PT-d 扩展阅读 z1mB Hz6 扩展阅读 P R%)3 开始视频 djdTh
+>28 - 光路图介绍 i%K6<1R;y{ 该应用示例相关文件: V*j l - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ba|xf@=& - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 IA2VesHb
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