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) =Mg/m'QI hq5=>p 应用示例简述 /xK5%cE>B ZI<p%IQ 1. 系统细节 _}_lrg}U 光源 ,zCrix
3 — 高斯光束 o_2mSD! 组件 h6!o,qw" — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Tum9Xa
探测器 \\j98(i — 视觉感知的仿真 In-W, — 电磁场分布 #3:;&@#
建模/设计 Rp#9T?i``[ — 场追迹: Ek!$Ary 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。 2>s@2=Aq 'O#,;n 2. 系统说明 ` ,B&oV> $EHnlaG8r GJ >vL 3. 模拟 & 设计结果 tDuQ+|~M bL=32YS 4. 总结 #8N9@ jGB2`^&d 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 #}^kMD > 7\'ow|)}v 第1步 x6,kG 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ~YxLDo'.t u9AXiv+K 第2步 Zi+>#kDV 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <{C oM 5t$ZEp- 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 D`r^2(WW NN<kO#c+2 应用示例详细内容 8G?{S.%. E'p5 系统参数 Hv>C#U "RuH"~o 1. 该应用实例的内容 /jI>=:z {5+t\~q$ Qtmsk:qm 2. 设计&仿真任务 \ H#zRSbZ MKd{y~' 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。 RRaGc )B xUYUOyV 3. 参数:输入近乎平行的激光束 u7!X#< ~+VIELU<%
D7%`hU 4. 参数:SLM像素阵列 f"h{se8C >6XGF(G
mw<LNnT{8 5. 参数:SLM像素阵列 X*F#=.lh =G*rfV@__V EthnI7Y
应用示例详细内容 [guJd"; M*)}F 仿真&结果 zJ4 2%0g ZHxdrX) 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM g/+P]c6/ 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)。 #vJDb |z 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。 a;AvY O brN:Ypf-e 2. VirtualLab的SLM模块 &?(r#T \AOVdnM: qw[)$icP 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 d$<HMs:o@ 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。 u\zRWX wy&s~lpV,7 3. SLM的光学功能 =iy%;>I` t?9F2rh 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 =!_e(J 为此,将区域填充因子设置为60%。 ^JF6L`Tp 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。 I%(`2rD8G wm|{@z 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd = >)S\Dfi Y5fwmH,a- 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。 ev>gh0 5nIm7vlQm 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ,Z*?"d UJ1Ui'a(!! 4. 对比:光栅的光学功能 ^-T!(P: 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。 Klh7&HzR 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。 xtL_,ug 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)。 ?4wS/_C/ 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。 epi{Ayb 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。 xd\k;nq djV^A
\{L!hAw 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd zzi%r=%r& xq v4gN6 5. 有间隔SLM的光学功能
?:OL8&0 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。 G8OLx+!0e TI: -Y@8 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd uiDK&@RS zghUwW |K 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 0EfM~u &;5QB DLe?@R5 6. 减少计算工作量 OOS(YP@b NK]X ="`
A 1x?_S"a 采样要求: -:t<%]RfY 至少1个点的间隔(每边)。 !'(bwbd 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。 ;>Y,b4B; j K?GB 采样要求: to9
u%d 8 同样,至少1个点的间隔。 XHcT7}] 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 Q+gd|^Vc9 随填充因子的增大,采样迅速增加。 xJrRJwL ]&w>p#_C 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。 IQxY]0\uf6 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。 ECqcK~h#E 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)。 qT^R>p 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 Am&/K\O $J&wwP[ o:jLM7$= B ?96d'A
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。 @x?7J@: 7. 指定区域填充因子的仿真 j_c0oclSz i6M_Gk} 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。 EaGh`*"w(7 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。 XZhuV< 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 vBAds 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)。 rr>*_67-: zz3Rld!b[ TWkuR]5 8. 总结 znv2: 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 W*iPseXq #jn6DL@[{ 第1步 4tU3+e5h 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。 ?it49 `!Ei
H<H} 第2步 y)o!F^ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 833KU_ N 扩展阅读 ]+x;tPo 扩展阅读 DJP)V8]!B 开始视频 U,S&"`a - 光路图介绍 V~M>K-AL 该应用示例相关文件: R4v)}`x - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 kb{h` - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 is?H1V~8`$
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