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) N(-%"#M$ nUud?F^_ 应用示例简述 3]`qnSYBv !qXq
y}?w 1. 系统细节 k[ffs} 光源 _X%6 +0M
— 高斯光束 Fm$n@RbX 组件 =*:[(Py1 — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 /ik)4]> 探测器 <Xs@ \ — 视觉感知的仿真 h`EH~ W0:z — 电磁场分布 9(^X2L&Z 建模/设计 eW"x%|/Q7 — 场追迹: R!/,E 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 &Qq/Xi,bZ Ife,h
s 2. 系统说明 Nx4DC X[~f:E[1J 1!;"bHpk 3. 模拟 & 设计结果 ZaRr2Z:! 7:VEM;[d 4. 总结 ;H
y!0n qN1e{T8u 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 GwMUIevO_ XU;{28P 第1步 nXM9Px! 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 g`)/ x\ KtfkE\KP 第2步 !8
wid& 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 e<L 9k}c 'TK$ndy;7} 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 t7*G91Hoq& 2w x[D 应用示例详细内容 cy& c69U1 系统参数 NWQPOq# ]xJ'oBhy 1. 该应用实例的内容 h=v[i!U-eY w>z8c3Dq} nj~$%vmA 2. 设计&仿真任务 iJCY /*C} (b`4&sQ< 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 f\x@ C)E K)9j
je 3. 参数:输入近乎平行的激光束 F;d%@E_Bc fw:7Q7
qo HC9vc,Fp 4. 参数:SLM像素阵列 lnS\5J r21?c|IP |iwM9oO% 5. 参数:SLM像素阵列 @H3 s2| fw1;i xP{HjONu 应用示例详细内容 S|{Yvyp 7GBZA=J 仿真&结果 tf$PaA H7z>S G0 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM .^[fG59 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)。 Pg*?[^* 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。 3D?IG\3 Zzw}sZ?8 2. VirtualLab的SLM模块 4DQ07w a<57(Sf QoW(tM 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 7X9+Qj; 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。
g( ]b\rj \yJZvhUk 3. SLM的光学功能 wE,=%?" RlI
W&y 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 'WKu0Yi^' 为此,将区域填充因子设置为60%。 2|0Je^$| 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 ;-3h ~k wo7N7R5 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd N<L$gw+)$D V9 +xL 1U# 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。 }
D/+< yM (_P0 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd .x)>f \S=XIf 4. 对比:光栅的光学功能 a-T*'F 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。 5z9r S< 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。 ]iz_w`I\ 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)。 jGk7=}nw 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。 fap|SMGt 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。 K?h[.`} i;[h
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>VRo|o<D 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ]uBT & $Qn&jI38 5. 有间隔SLM的光学功能 96.IuwL*.s 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。 _N>wzkJ 89*S?C1 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd K:}h\ In lSZ"y
Q+ 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 +O|_P`HBoI XoDJzrL# + 6x"trC 6. 减少计算工作量 S[-.tvI;Q [TRGIGtq
=1gDjF9| 采样要求: UlK/x"JDv 至少1个点的间隔(每边)。 xT{TVHdU 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。 DWF
>b G[|3^O>P 采样要求: %3]3r*e&5 同样,至少1个点的间隔。 Tx y]"_ 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 (P2[5d| 随填充因子的增大,采样迅速增加。 rER~P\- y\[L?Rmd 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。 vg+r?4Q3 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。 NY~ dM\ 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)。 !Bag}|# 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 zSEr4^Dk4 bq:wEMM4s 5\uNEs$T 9U!JK3d
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。 ^bF}_CSE 7. 指定区域填充因子的仿真 5?^]1P_ u=(H#o<# 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 6o$Z0mG 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。 %0NL Rfp 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 =fY lzZh 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)。 8r2XGR jIKBgsiF/ ^/G?QR 8. 总结 |c<XSX?ir 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 7^c2e*S RI?NB6U 第1步 J09*v)L 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。 g* %bzfk=| }%_qx|(P|t 第2步 >r~0SMQr 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 rU],J!LF 扩展阅读 7}gA0fP9 扩展阅读 55LgBD 开始视频 TLy;4R2Nn - 光路图介绍 N[>:@h 该应用示例相关文件: yU> T8oFh - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 yxqTm%?y - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ,&0Z]*
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