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) r]8tl c WK@O> 应用示例简述 >o'D/'>ku vP&*(WfO) 1. 系统细节 f\/};a 光源 MY1
tYO — 高斯光束 ?Vt$ 组件 "@`M>)*o — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 q@Q|oB0W$) 探测器 LnR3C:NO k — 视觉感知的仿真 t*Lo;]P — 电磁场分布 ?e&CbVc4 建模/设计 oJXZ}>>iT — 场追迹: x1A^QIuxO 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。 =X+DC&]%! |a^ydwb 2. 系统说明 b/ZX}<s(1= 2LD4f[a; i.K}(bo;b 3. 模拟 & 设计结果 EXb{/4 /[{?zS{ 4. 总结 t}*teo[ & qd:o} 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 KHF5Nt Hi.JL 第1步 G-,PsXSwe 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。 t7)Y@gRy a.w,@!7 第2步 _)%4NjWKk 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 %}$6#5"'; ?8vjHEE 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 }8x[ N} Q, 应用示例详细内容 17};I7 a#G7pZX/I} 系统参数 5Vut4px _L# Tp 1. 该应用实例的内容 GI6 EZ}.MZ \a|gzC1G Q^0K8>G^ 2. 设计&仿真任务 C5XCy%h I-;JDC? 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 vz@QGgQ9~2 t'[vN~I' 3. 参数:输入近乎平行的激光束 guFR5>-L s'/.eaV_ CsuSg*#X+ 4. 参数:SLM像素阵列 KZD&Ih(vC M5P63=1+ &dOV0y_ 5. 参数:SLM像素阵列 Zz/w>kAG*{ q8[Nr3. M_*w)< 应用示例详细内容 39k
P)cD #uey1I@"9 仿真&结果 ,ew<T{PL r-[z!S
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM %e1<N8E4 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 ! '2'db 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 li; P,kg$ ^P{'l^CVX 2. VirtualLab的SLM模块 6E_YQbdy j-A
S {w %81tVhg 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 z{ymVd0# 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。 4tq>Lx^5U ]FFU,me2 3. SLM的光学功能 :ye)%UU"|: J^t=.-a| 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 YjdH7.js 为此,将区域填充因子设置为60%。 QjQJ " 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。 B]]M?pS Dvx"4EA{7{ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd =8tduB 0udE\/4!^ 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。 kMI\GQW czHO)uQ?d` 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ?V7[,I1? ;M'R/JlUN 4. 对比:光栅的光学功能 RmzK?muk 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。 '{7A1yJnY% 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。 QQrvT,] 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)。 ,eZ'pxt 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。 O+'Pq,hn 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。 qrt+{5/t R;;)7|;~
_IgG8)k; 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd &/7GhZRt C?E;sRr0 5. 有间隔SLM的光学功能 *b7v)d# 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。 Qh{=Z^r Xf#;GYO|2 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd -iJ[9O
1)
@Wcc. 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 x#ouR+< :$94y{ tcRK\ 6. 减少计算工作量 6QxLHQA NtA}I)'SWU
YemOP9 采样要求: <p<gx*% 至少1个点的间隔(每边)。 $jw!DrE 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。 g8vN^nQf[ !CsoTW9C: 采样要求: Duz}e80 同样,至少1个点的间隔。 !_c<j4O 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 E^|b3G6T 随填充因子的增大,采样迅速增加。 F<^,j7@ V;)'FJ)] 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。 6X'RCJu% 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。 yJKezIL\z 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)。 y2<g96 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 #G]s.by(' Ii4Byyfx
3g5i5 G\ lSbAZ6
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。 $?'z%a{ 7. 指定区域填充因子的仿真 @B1rtw6 VW'e&v1 . 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。 [u-~<80 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。 `T~M:\^D 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 .JH3,L"S^ 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)。 ^@tn+'. }~A-ELe: xeu] X|, 8. 总结 op"Cc 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 2o/AH \=2 38 B\ \ 第1步 ^ ]`<nO 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。 6}|/~n lffw7T~ 第2步 m&;
t; 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 hz )L+ 扩展阅读 7dW9i7Aj 扩展阅读 z3a
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