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) eP6>a7gc (.Sj"6+ 应用示例简述 ZM0vB% M| IpHGit28 1. 系统细节 PE-VxRN) 光源 TEv3;Z*N — 高斯光束 fi`*r\ 组件 p9fx~[_5/ — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 $5(co)C 探测器 ge*f<#|0U- — 视觉感知的仿真 Ak&eGd$d — 电磁场分布 k]w;(< 建模/设计 ^k/@y@% — 场追迹: ~#Vrf0w/ 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。 YDO#Q= q% </Ja@% 2. 系统说明 :D;BA Z
sv(/> bt"*@NJ$ 3. 模拟 & 设计结果 y@e/G3 L`3x0u2 4. 总结 !np-Jmi vT)FLhH6* 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 \\xoOA. g=Rl4F] 第1步 AfB,`l`k 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。 =[`B -? \9jEpE^Ju( 第2步 Gu-6~^Km9 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 "`s{fy~mV Bz!SZpW(M 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 M*$#j| V\vt!wBcB 应用示例详细内容 7M7sq-n5z rUmaKh?v|X 系统参数 \W4|.[ }}G`yfs}r 1. 该应用实例的内容 dv1Y2[ gLy1*k4 i_Ol vuy~ 2. 设计&仿真任务 Y,n&g45m &?"E"GH 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 n|q$=jE k nTCX 3. 参数:输入近乎平行的激光束 Tmjcc( K+|G9 3qggdi 4. 参数:SLM像素阵列 Y#7sDd!N| SI\
O>a9{ m#|;?z 5. 参数:SLM像素阵列 -Ph"#R& ~T">)Y~+xI 3e,"B
S)+ 应用示例详细内容 ld Bre:_>* 仿真&结果 dT?mMTKn+ ON [F 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM = Zi'L48 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)。 VYG o; 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。 rJtpTV@. @KJ~M3d0l 2. VirtualLab的SLM模块 C@b-)In r?7tI0 _O#R,Y2# 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 tqk^)c4FF( 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。 6 H{G$[2 ?hBj q 3. SLM的光学功能 f9$8$O 4m1@lnjp 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 yi.GD~69 为此,将区域填充因子设置为60%。 NWue;u^ 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。 C:r3z50 03Uj0.Z|7 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd '"C& dia OjWg>v\v 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。 1 EL#T& ?uh%WN6nU] 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd <P@ "VwUX Mh"iyDGA 4. 对比:光栅的光学功能 SiLWy=qbR 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。 s.$:.*k 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 .C|dGE?, 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 TdeHs{| 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 thLx!t 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 >1BDt:G36 f D<0V
VV-%AS6; 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ech1{v\B| NjFlV(XT} 5. 有间隔SLM的光学功能 blx"WVqo 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 T-F8[dd^/ U _sM==~ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd eNDc220b
VXPsYR& 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 yYH>~, 3w&Z:< xey?.2K1A 6. 减少计算工作量 JD)wxoeg |-9##0H
?>Bt|[p:s) 采样要求: >@tJ7mM 至少1个点的间隔(每边)。 Z{^Pnit 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 o0kKf+[ LS/ZZAN u 采样要求: Z x&= K" 同样,至少1个点的间隔。 J3 xi5S 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 0ZJrK\K; 随填充因子的增大,采样迅速增加。 09 vm5| Dc9Fb^]QOG 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 QfV:&b` 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 )uO 3v 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 J9);( 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 1`2lq~=GV ,8.zbr LIRL`xU7 PTpGZ2FZ
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。 ^S:I38gR#q 7. 指定区域填充因子的仿真 ?
@- t.N ]]hsLOM] 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 /6FPiASbS 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 %'MR;hQsd8 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ]RuH6d2d| 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 Of;$
VK' [Qn=y/._r ;F:Qz^=.a 8. 总结 @4wN-T+1 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 `08}y*E B/K{sI 第1步 E9Hyd #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。 iza.' Mm~ eY\!}) 5 第2步 \4|osZ0y 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Ym
wb2]M 扩展阅读 :@,UPc-+ 扩展阅读 ]4[^S.T= 开始视频 w1)SuMFK_ - 光路图介绍 G3D!ifho.# 该应用示例相关文件: *40Z}1ng - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 J5zu}U? - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 M5{vYk>,1Q
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