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) @ kJ0K e' U"`)S 应用示例简述 "+n4 c' y^mWG1"O 1. 系统细节 A[^qq UL' 光源 J7'f@X~nM — 高斯光束 n%0]V Xx# 组件 kfqpI
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 mFqSD 探测器 t_I\P.aMA — 视觉感知的仿真 m/YH^N0 — 电磁场分布 4?>18%7& 建模/设计 2gd<8a' ' — 场追迹: YH)Opk 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。 p{ @CoOn Pv/Pww\ 2. 系统说明 o~v_PD[S k]SAJ~bS| a>wfhmr 3. 模拟 & 设计结果 zU
f>db gEr4zae 4. 总结 JcTp(fnW.~ |'V DI]p& 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ]Q6+e(:~ZH !;o\5x<'$O 第1步 May&@x/oMS 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 \4h>2y AIZW@ Nq.5 第2步 9z5"y|$ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Sao>P[#x $uEJn&n7} 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Z69+yOJI pOqGAD{D$ 应用示例详细内容 ?mH@`c,fM _Kc1 系统参数 .A3DFm3 t UI!6aVL. 1. 该应用实例的内容
s1X]RXX&j I2TD.wuIW 1&"-*) 2. 设计&仿真任务 <Ctyht0c. "'['(e+7 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^4KU\/JK Eo%UuSi 3. 参数:输入近乎平行的激光束 [f<"p[ puFXPw.3 'oleB_B 4. 参数:SLM像素阵列 blJIto' ZhH+D`9 f?,-j>[.=f 5. 参数:SLM像素阵列 *;<e
'[Y7f 5a'yXB} \% }raI;Y@ 应用示例详细内容 ecn}iN mO#I nTO 仿真&结果 N<9w{zIK( A#<vG1 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM |y.zocBj 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)。 {tPnj_|n< 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。 _ 1sP.0 t M]c7D`%s 2. VirtualLab的SLM模块 Z.!g9fi8> m7JPH7P@BM /:U1!9.y 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 _3|6ZO 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。 A:/}` '<TD6jBs 3. SLM的光学功能 7'Lp8 l1&5uwuF 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 UmJUt| 为此,将区域填充因子设置为60%。 &GuF\wJ{7 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。 SaCx)8ul0 d7E7f 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd L^lS^P 't7Z] G 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。 u=%y (#oYyM] 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd :AZp} pDGT@qJ 4. 对比:光栅的光学功能 z
OtkC3hY 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。 /J;;|X#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。 +kM\
D~D1 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)。 !}ilN 1> 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。 ~x'zX-@rC 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。 *%X.ym' z=qWJQ
Vb2\/e:k 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd !nwbj21% Rb#/qkk/ 5. 有间隔SLM的光学功能 HcA[QBh 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。 )S2iIi;Bq ^p,3)$ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd g92dw<$> ABcBEv3 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 *<r%aeG$em usy,V"{ M|k&TTV 6. 减少计算工作量 ^#;RLSv
_lP4}9p
Ir/:d]N* 采样要求: &mcR 至少1个点的间隔(每边)。 wlr Ign% 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。 RJx{eck% G,]z(% 采样要求: @ u+|=x]; 同样,至少1个点的间隔。 KY
g3U 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 d@ZoV 随填充因子的增大,采样迅速增加。 12lEs3 3p_b8K_bG 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。 NI8~QeGah 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。 9:-T@u 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)。 ]YsR E> 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 q!&B6] 'irGvex tq&Yek>C '0RRFO
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。
%}h`+L 7. 指定区域填充因子的仿真 K6hfauWd[ :CTL)ad2 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。 f&c]LH_ 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。 D#jX6 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 Hd0Xx}3& 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)。 3D[=b%2\ 4UD' %}>y #h N.=~ 8. 总结 (;UP%H> 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 skR,-:"8 Szts<n5 第1步 JT)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。 ~C|,b" ZoxS*Xk 第2步 <Oa9oM},d 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 $)*xC!@6X 扩展阅读 Lm|al.Z 扩展阅读 ;Iq5|rzDn 开始视频 lsY `c"NW> - 光路图介绍 B\[-fq 该应用示例相关文件: 5
`=KyHi:b - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Pq?*C;D - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 A"4@L*QV
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