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) IweQB} d aA
yFu_ 应用示例简述 )d1,}o ;[zx'e?! 1. 系统细节 J<zg 'Jk^ 光源 *'t`;m~ — 高斯光束 $fvUb_n 组件 )DLK<10 — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 da^9Fb 探测器 F;NZJEy — 视觉感知的仿真 ,[hJi3xM — 电磁场分布 kI;^V 建模/设计 g%[Ruugu — 场追迹: -jw=Iyv 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 6qA{l_V p]g/iLDZ 2. 系统说明 nW%c95E u1kbWbHu( |Z/ySAFM 3. 模拟 & 设计结果 ffhD+-gTU M*{e e0\`r 4. 总结 QBo^{], J\0YL\jw1K 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 5m3sjcp_ Te13Af~ 第1步 V!=]a^]: 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ,J#5Y. ixkg, 第2步 %~[F^ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 cK } Qu u@3w$"Pv1 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 =w5w=qB #,;k>2j0 应用示例详细内容 i
xyjl[G /4f;Niem 系统参数 w{qYP ,5*4%*n\ 1. 该应用实例的内容 5-QXvw(TH ]7O?c= 'mM5l*{ 2. 设计&仿真任务 q.t5L=l^
r KP(Bu0S
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。 }1P IR&u55#I6 3. 参数:输入近乎平行的激光束 U|QDV16f '37b[~k4 re*/JkDq3K 4. 参数:SLM像素阵列 1XKk~G"D hg~fFj3ST YGO@X(ej, 5. 参数:SLM像素阵列 $} Myj'`r \4[Ta,;t HKwGaCj` 应用示例详细内容 2P}RZvUd $9~1s/(' 仿真&结果 qG qu/$bh ;a`X|N9 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM >A/=eW/q 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)。 \v_C7R;& 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。 GdU
W$. >R<fm 2. VirtualLab的SLM模块 kes'q8k 6>I.*Qt \l u|c+w)a 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 $\
'\@3o 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 /WfxI>v (Wqhuw!u 3. SLM的光学功能 86g+c "q.uiz+1: 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 2cg z
n@ 为此,将区域填充因子设置为60%。 nz\fN?q 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 ~}*;Ko\ p rgjU 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd B .mV\W cw.7YiU 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 !Xi>{nV i`$rzXcS 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd -wfV C.-a:oQ[ 4. 对比:光栅的光学功能 KF)i66 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。 ,GIqRT4K 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。 z
sPuLn9G 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)。 p/~kw:I 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。 d
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;pG( 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。 r
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*lAdS]I 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd
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?gQXU[ 5. 有间隔SLM的光学功能 ~x:]ch| 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。 ;g
jp&g9Q ~*Qpv&y) 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ud D[hPJd qGCg3u6 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 a7G2C oM8 XD }_9p gUA}%YXe 6. 减少计算工作量 ':]a.yA\1 1 ,'^BgI,
t8 "-zd8 采样要求: j:3Hm0W3 至少1个点的间隔(每边)。 nn4Sy,cz 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。 qI*1+R} 'Y\"^'OU\ 采样要求: |"w<CKlQ 同样,至少1个点的间隔。 /8\&f%E 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 :w%bw\} 随填充因子的增大,采样迅速增加。 {PtTPz &Ld8Z9IeFp 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。 ]_8I_VcQ 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。 4CT9-2UC 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)。 JSK5x(GlH 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 4ZpF1Zc4B bGc|SF<V :-" jKw g8A{aHb1}
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。 ItE~MJ5p 7. 指定区域填充因子的仿真 gEHfsR=D6 BrMp_M 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。 5G;^OI!g 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。 ky$:C,1t 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 %MZDm&f>Kk 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 ]},Q`n>$ %uqD\`- 9R"N#w.U] 8. 总结 7Sq{A@ET 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 M;V#Gm $'{`i5XB 第1步 VQjFEJ 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。 .+L_!A @aN=U= 第2步 EiP&Y,vT 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 )h_7 2 扩展阅读 QYw4kD} 扩展阅读 yPG\ &Bo 开始视频 1"B9Z6jf - 光路图介绍 <sYw%9V 该应用示例相关文件: A<X :K
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