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) Gv uX"J l9up?opq 应用示例简述 Jg\1(ix mrvPzoF,] 1. 系统细节 pJpTOq\h 光源 3A5:D# — 高斯光束 xp<p(y8e1d 组件 :i>/aRNh1 — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 !c 3li . 探测器 wX!>&Gc. — 视觉感知的仿真 FaUc"J — 电磁场分布 s.oh6wz 建模/设计 |?KdQeL — 场追迹: ?c!W*`yP 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。 -6./bB g e}Xmb$ 2. 系统说明 jJfV_#'N' M~/R1\'&j 3S_H hvB 3. 模拟 & 设计结果 5QoU&Hv GE0,d 4. 总结 Rw9 *!<Izt uNcE_< 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 yA#-}Y|]b z8"(Yy7m 第1步 RU'
WHk 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。 B1C"F-2d E5y\t_H 第2步 `p.O 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 \HsrUZ~ 9WH 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 #*|0WaC :',Q6j( s 应用示例详细内容 Vg+jF!\7 4}\Dr
%US 系统参数 TT0~41&l =p
lG9 1. 该应用实例的内容 gqi|k6V/ \?X'U: %+y92'GqG/ 2. 设计&仿真任务 1tNmiAu YdI&OzaroE 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。 Dm.tYG %?7j
Q 3. 参数:输入近乎平行的激光束 9se,c Wr%E}mX- ;1&7v 4. 参数:SLM像素阵列 32N*E, #el i_Cxe v^;%Fz_Dr 5. 参数:SLM像素阵列 8@f=GJf ?l3PDorR 5l&9BS& 应用示例详细内容 Cy~Pfty #)r
仿真&结果 ^?5[M^ 9z:P#=Q: 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM C6 XZZ 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)。 H#LlxD)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。 q
i27:oJ Z\`i~ 2. VirtualLab的SLM模块 5V^+;eO `XJU$c 0{Kb1Ut 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 A{!D7kwTz~ 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 ft"B, >$.lM~k 3. SLM的光学功能 'WA]DlO lAM"l)Ij 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 OC [ +t6 为此,将区域填充因子设置为60%。 S$Cht6m 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。 UqP %S$9 $
+` 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd fgg;WXcT ~ dz6i~& 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。 Z|z+[V}[ 3+%c*}KC~ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd j>5D4}*]f jG0o-x=X 4. 对比:光栅的光学功能 YB}p`b42L 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。 Rw54`_kFEB 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。 *:q ,G 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)。 ZS-O,[ 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。 k_2W*2'S 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。 "uz}`G~O J(\]3 9y
c&+p{hH+ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd (>OCLmV$ -L&FguoVB 5. 有间隔SLM的光学功能 SLa\F 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。 )_bR"!Z llf|d'5Nl 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd k0=$mmmPY vsjl8L 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 6NO_S tr]=q9
l>i<J1 6. 减少计算工作量 {jOCz1J S
z3@h"
v Kzq7E 采样要求: =]pcC 至少1个点的间隔(每边)。 xp395ub6 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。 -! dL
< PKT/U^2X] 采样要求: t\hvhcbL 同样,至少1个点的间隔。 Bu ~N)^ 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 z;dD
}Fo 随填充因子的增大,采样迅速增加。 9tW=9<E lbw*T 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。 yW&|ZJF? 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。 nyZUf{: 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)。 :E ISms 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 Zhl}X!:c?\ ,qj o%+8.Tx6wT edt(Zzk@3-
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。 !<wM?Q: 7. 指定区域填充因子的仿真 H!y%Fa Ti !BN7 B 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。 >Lh+(M;+F 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。 cxhS*"Ph 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 TSQ/{=r 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)。 a *n^( P"`OuN wG1A]OJl1 8. 总结 o(,u"c/Or 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 =?U"#a O.n pi: a 第1步 x[Xj[O 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。 -kp!.c RCED
K\*m 第2步 S7cxEOfAu 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 6m_whGosi 扩展阅读 gDP\u<2! 扩展阅读 CU3[{a 开始视频 . Q3GA0O - 光路图介绍 2k,!P6fgl 该应用示例相关文件: 6{rH|Z - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 %4:tRF - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 lW! U:
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