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) WP5QA8`3 (T9Q6\sa 应用示例简述 5vmc'Om ]+
KN9 1. 系统细节 U{JD\G8m 光源 ]2 7 — 高斯光束 P5K=S.g 组件 cUH.^_a — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 :< d. 探测器 w!j 'k|b> — 视觉感知的仿真 S <RbC — 电磁场分布 n`Y"b& 建模/设计 ?^Q8#Y^M — 场追迹: V 4` 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。 X9-WU\?UC bih%hqny 2. 系统说明 e2><Y< ;J>upI ,l47;@kr 3. 模拟 & 设计结果 )-s9CWJv Z0'&@P$ 4. 总结 mM $|cge" sP'U9l 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 rsaN<6#_^Q +v.<Fw2k# 第1步 q^ w@l 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 %4QpDt {O=PVW2S 第2步 KL<,avC/ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 {M^BY,%* BI| TM2oa 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 cSD$I^$oq +7KRoF | 应用示例详细内容 `w_%HVw>" ;xl0J*r 系统参数 Pxvf"SXX 0#S#v2r5 1. 该应用实例的内容 @dyh:2! KPrH1 [VU Tpd|+60g 2. 设计&仿真任务 A`:a
T{j rk-GQ#SKU 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 "}x%5/( !kS/Ei 3. 参数:输入近乎平行的激光束 jcbq# ~+)>D7 9Wv}g"KY0 4. 参数:SLM像素阵列 @GWJq
3e ^~;"$=Wf `k6ZAOQtX 5. 参数:SLM像素阵列 <Ej`zGhWz mt]^d;E RKPX*(i~ 应用示例详细内容 4nrn
Npf`b |->CI 仿真&结果 TI|h L|L;< 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM P~M[i9 V 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)。 K3iQ/j~a q 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。 E/zclD5S P1R5}i 2. VirtualLab的SLM模块 .JOZ2QWm< jU-aa+ PIAE6,* 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 !QpOrg 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"n++j
O7CW#F 3. SLM的光学功能 ?rjB9AC_;t \(RD5@=!4# 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 "x vizvR 为此,将区域填充因子设置为60%。 3RanAT.nu: 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。 h*R w^5,c S:XsO9:{ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ,5x#o `{|w*)mD 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。 U.5R3z ;:&|DN3; 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 2]<.m] yM `u]p1 4. 对比:光栅的光学功能 *NG\3%}%|@ 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。 4BSqL!i( 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。 aL_/2/@X8 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)。 m8;w7S7,j~ 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。 R*!s'R 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。 J&s$Wqf
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0QT:@v2R 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 7FJ4;HLQ 2lO(f+ 5. 有间隔SLM的光学功能 3C<G8*4);/ 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 Ix6\5}.c 9 vc&v+5Y 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd Scx!h. \5 p<{P#?4 g 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 5 ty2e`~K @lF?+/=$ bY2R/FNL= 6. 减少计算工作量 0U@#&pUc /wLGf]0
5h&sdzfG 采样要求: = V2Rq(jH 至少1个点的间隔(每边)。 |~e"i<G# 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。 0-S.G38{ CYLab5A 采样要求: *{vH9TO 同样,至少1个点的间隔。 C[<}eD4bV 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 (<r)xkn 随填充因子的增大,采样迅速增加。 *:@KpYWx" V!+iq*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。 D[/fs`XES 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。 7h}gIm7e" 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)。 Tv DSs]) 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 x*7A33@i XnZ$%?$ Dj(PH3^ ~^1y(-cw
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。 S-S%IdL 7. 指定区域填充因子的仿真 =G:Krc8w@ o>r
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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。 F<,pAxl~@ 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!]O]dk# 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 N l@G\_ 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)。 hn8xs5vN '#f<wfn o1ZVEvp 8. 总结 Wlhh0uy 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 zWC| Qe ~#sD2b`0 第1步 yjjq&Cn 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。 [[ie 4=^_VDlpd 第2步 ipwlP|UjQ5 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 r tuaU=U 扩展阅读 ?}KRAtJ8 扩展阅读 o pTXI*QA 开始视频 i//H5D3 - 光路图介绍 eA4D.7HDK 该应用示例相关文件: |Mb{0mKb - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 y!=,u - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 msmW2Zc
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