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) ^#+9v J#\/znT 应用示例简述
/9sUp}* [30e>bSf` 1. 系统细节 7r>^_ aW 光源 a.P^+h — 高斯光束 <iMLM<J<w 组件 1*Z}M% — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 QeGU]WU{ 探测器 /)~McP3 — 视觉感知的仿真 \>+gZc]an — 电磁场分布 =3FXU{"Qi4 建模/设计 2l9_$evK~ — 场追迹: p?Y1^/
一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 TWy1)30x YPN|qn( 2. 系统说明 S5j#&i aD.A +e s yY}`G-)g~* 3. 模拟 & 设计结果 #p^D([k
\ k
v b"n} 4. 总结 p0Vw@R= #]9yzyb_y 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 9vXrC_W9 , =#'?>Kq 第1步 lm$T`:c 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。 co:
W! |KuH2,n0 第2步 5'X.Z: 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ]1X];x&e <|v]9`' 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 &TKB8vx=# W)\~T :Kn 应用示例详细内容 +ft?aB@ J:t1W=lJ3 系统参数 -q[?,h %N 2=: ;f 1. 该应用实例的内容 Y#KgaZ7N a4c~ThbI C/)Xd^# 2. 设计&仿真任务 DEs/?JZG (%tKGeb 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。 K?) &8S Q~nc:eWD 3. 参数:输入近乎平行的激光束 8xLvpgcZ *f1MgP*GKF 8!1vsEqv 4. 参数:SLM像素阵列 fxjs"rD5 L \pe
IS!sJ c 5. 参数:SLM像素阵列 /aP`|&G,) 4~D?F'o /mmCqP 应用示例详细内容 /.P*%'g S_WYU&8 仿真&结果 9|fg\C 3s" Rv@ 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM IF<pT) 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)。 UE5T%zd / 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+1Ri`) &;|/I`+ 2. VirtualLab的SLM模块 _dj_+<Y? LNtBYdB`pK (]1n! 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Y$shn]~ 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 Bi9 S1p ) m[0, 3. SLM的光学功能 YP/BX52v >2TDYB|; 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 2/3,%5j_ 为此,将区域填充因子设置为60%。 uPhFBD7 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 abp]qvCV @h$cHZ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd xx_]e4 o[X'We; 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。 j@
lHgis e<#t]V 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd unKi)v1 [2:Q.Zj 4. 对比:光栅的光学功能 F|Pf-.r`t 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。 *F[@lY\p 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。 -A^18r 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)。 @lRTp 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。 [> Q+=(l 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。 $hXhq*5|c {26/SY
E<y0;l?H< 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd BIqZg$ G(" S6u 5. 有间隔SLM的光学功能 yY+)IU. 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。 ?RNm8,M -PPH]?], 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 2iO AUo+ Q]?r&%Y 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 ,T&=*q GG<{n$h TrD2:N}dI 6. 减少计算工作量 Myaj81 dY[ XNP
Y>W$n9d&G2 采样要求: >zx]%
W 至少1个点的间隔(每边)。 qz[qjGdHg 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。 >U. 2^RWGCEv 采样要求: >ka*-8? 同样,至少1个点的间隔。 4IfOvAN% 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 A@M%}h 随填充因子的增大,采样迅速增加。 J'{69<`Dl !D#wSeJ 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。 `Tw DR6& 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。 ?'SHt9b3| 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)。 =)QtE|p,77 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 =ie8{j2: g2)jd[GM z 3((L IY_u|7d
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。 _7e ^
t N 7. 指定区域填充因子的仿真 *XN|ZGl/ &ed&2t`Y 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。 ^hL?.xj 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。 =T7lv%u 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 vl}fC@%WRI 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)。 /1D]\k() Yvmo%.oU XL=Y~7b 8. 总结 e8E*Urtz 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Qk`ykTS! Hg[g{A_G[ 第1步 JdYmUM|K/c 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。 ={'*C7K)oK $4YyZ!_.@ 第2步 ^v2-"mX< 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 VKGH+j[ 扩展阅读 Xgb ~ED] 扩展阅读 KH=4A-e,0 开始视频 J]h$4" - 光路图介绍 Uw`YlUT\ 该应用示例相关文件: /kZ{+4M - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 >{/As][ - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 3$ 'eDa[
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