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) eQMY3/# d~qDQ6! 应用示例简述 p`Ax)L\f O%rjY 1. 系统细节 @*F
NWT6 光源 [IiwpC — 高斯光束 ni9/7 组件 ~~>D=~B0' — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 `2{x8A 探测器 ny{|{a — 视觉感知的仿真 >i=mw5`D] — 电磁场分布 D (yRI 建模/设计 f\1)BZ'I — 场追迹: ao Y"uT+ 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。 0&Zm3(} "`16-g97 2. 系统说明 _8kZ>w( L &d=j_9 ![ Fb~Egc 3. 模拟 & 设计结果 ga VWfG 9=Y-w s 4. 总结 k/cQJz mI@]{K}Q% 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 @"];\E$sI ;ZB[g78%R% 第1步 UP^{'eh 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 v 6Tz7 :4/RB%)" 第2步 rD
fUTfv|Q 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,SH))%Cyt a//<S?d$: 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 )y_MI
r Z_Hc":4i 应用示例详细内容 fC52nK&T8 t*~V]wZ 系统参数 qf7lQovK pvD\E 1. 该应用实例的内容 &+Xj%x.] ma,H<0R "}Vow^vb 2. 设计&仿真任务 rOEk%kJ |-%[Z 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。 z`y!C3w< 7NE"+EP\{2 3. 参数:输入近乎平行的激光束 a)/!ifJ; 0ERA(=w5 ~A(fn:d 4. 参数:SLM像素阵列 l`4hWs\I @))PpE`co8 Gk
g)\ 3 5. 参数:SLM像素阵列 :>c33X} ZkSlztL)Tr :=C-P7
应用示例详细内容 ,C1}gPQ6< 1/:WA:]1, 仿真&结果 JmjqA Dex .Cwgl 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM +`>Tuz~ 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)。 j}ywdP`a 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。
hRHqG 7VduewKX8 2. VirtualLab的SLM模块 7j| ^ZuI+ Qyx%:PE <F{EZ Ii 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 "N>~] 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。 Zn0e#n Fuq ;4UcbL 3. SLM的光学功能 ;89 `!V O Wa7-N4 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 +"Flu.+[' 为此,将区域填充因子设置为60%。 E">FH>8K} 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。 ?Dm={S6 \"Jgs. 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd P'MfuTtT& %? -E)n[ 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。 cNOtfn6?F pY]T32 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd &m[ZpJ9 BQTZt'p 4. 对比:光栅的光学功能 3Z/_}5%" 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。 2t
7':X 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。 ZEa31[@B[ 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)。 pDqX%
$^ 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 wr>[Eo@%\ 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 PgHe;^?j GWd71ZtFO
1seWR" 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 5XtIVHA@{ %x{jmZ$} 5. 有间隔SLM的光学功能 ,Y9bXC8+dU 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。 ~i_YrTp -4wr)zjfW 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd [QUaC3l) Kcl~cIh7 7 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 AwnQ5-IR\ PzF>yG[ gi {rqM 6. 减少计算工作量 u-</G-y vo(riHH
=)b!M^=X-a 采样要求: (:er~Y} 至少1个点的间隔(每边)。 (E(J}r~E 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。 D*=.;Rq <8)cr0~zy> 采样要求: -A]-o 同样,至少1个点的间隔。 GY`mF1b 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 xQUskjv/ 随填充因子的增大,采样迅速增加。 (>49SOu;$\ >G9YYt~ 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 _p*a`,tK 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 3ch<a0 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 VEsIhjQ 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 ?i{/iH~Sf <S ae:m4 m+|yk.md v_|k:l
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。 NI
r"i2 7. 指定区域填充因子的仿真 g{6FpuA|0 l"zwH 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 /6y9u} 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 '2z1$zst,# 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ]Z IreI 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)。 *3iEO> icK>| 'vwu^u? 8. 总结 rSa=NpFxLu 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 c/lT S P(%^J6[> 第1步 x?7z15\ 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。 CSwPL>tUV HT:V;?" 第2步 -{XDQ{z<% 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ;RK;kdZ 扩展阅读 %63s( ekU 扩展阅读 v#|yr< 开始视频 :u]QEZ@@ - 光路图介绍 Hk
f<.U 该应用示例相关文件: CzDV^Iv;Q{ - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 _]v@Dq VP - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 QXu[<V
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