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) +DG-MM%\ aGOS9 应用示例简述 G4U0|^(h u/<ZGW(&s( 1. 系统细节 M]|]b-# 光源 ,)uW`7 — 高斯光束 7+88o:G9 组件 ?V}ub>J/= — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 %"cOX 探测器 &.(iS — 视觉感知的仿真 a"i(.(9$J — 电磁场分布 g&S>Wq%L 建模/设计 @3y
>|5Y — 场追迹: dU*$V7 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。 Nd]RbX (t){o>l 2. 系统说明 ;HBKOe_3 S|xwYaoy% 15VvZ![$V 3. 模拟 & 设计结果 Yecdw'BW? ]#[4eaCg 4. 总结 ,{\Ae"{6 '4It>50b 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ^62z\Y >0[:uu,'> 第1步 7NT0]j(w- 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 3-E-\5I KWeE!f 7G 第2步 AFM+`{Cq 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 IhBQ1,&J {0lu>?< 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 :ssj7wl : U.V/JbXX 应用示例详细内容 n&o"RE 0~0 m,"-/) 系统参数 N
p*T[J H)h^|A/vO 1. 该应用实例的内容 |Xm$O1Wa ;&gk)w6* ;w+ 2. 设计&仿真任务 ]%I\FefT R!%HQA1U 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 q]E@tE*3 `mW~ {)x 3. 参数:输入近乎平行的激光束 ~NPhVlT e v0>j4Q }ng?Ar[ 4. 参数:SLM像素阵列 WUjRnzVM pEz^z9 Xn?.Od( 5. 参数:SLM像素阵列 #AP;GoIf"j _;0RW n_rpT.[ 应用示例详细内容 PH&Qw2(Sx 2z"<m2a 仿真&结果 O9- `e $j(d`@.DN~ 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM [3qH?2& 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 h_ccE6]t 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 (J.Z+s$:2 *U6+b 2. VirtualLab的SLM模块 oK-d58 sM ?<BI)[B wkPjMmW+! 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 XN6$TNsD$ 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。 f8SO:ihXL ]" e'z 3. SLM的光学功能 :!Dm,PP% LC##em=Y 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 &]LpGl 为此,将区域填充因子设置为60%。 x7<NaMK\ 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。 ]T|$nwQ ]Jm\k'u[ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd R) :Xs . /*>}y$ 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。 [<{r~YFjWW @[?ZwzY:9 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd :j .:t M*qE)dZjS 4. 对比:光栅的光学功能 ~]RfOpq^w 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。 J5F@<vi 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。 5@r6'Z 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)。 C|Y[T{g?t 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+qut+~ 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。 )`{m |\b i!8"T#
AD<>)( 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd yQ[ ;.<%v gED|2%BXb 5. 有间隔SLM的光学功能 (yi zM 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。 2Sa{=x
N) 0&fO)de96 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd o6; {DKZ~ 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 fNu/> pN h%$^s0w zj]
g^c; 6. 减少计算工作量 Q:Pp'[ RK w'
J`$=
_0gdt4 采样要求: d>mZY66P 至少1个点的间隔(每边)。 - E GZ 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。 ](Wa:U}Xs YaSBIq{z 采样要求: S'qT+pP 同样,至少1个点的间隔。 _V1:'T8 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。
PKntz7 随填充因子的增大,采样迅速增加。 6lg]5d2CD _*?qOmf= 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。 1hCU"|VH: 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。 csLbzDg 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)。 HBvyX`- 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 w.aEc}@(^ gsEcvkj* &dWGa+e *_YR*e0^nN
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。 )P
b$ 7. 指定区域填充因子的仿真 hZ>m:es *A8*FX>\F 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。 W/,:-R&'> 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。 {_*G"A 9 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 0\Jeyb2dl 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)。 i~v[3e9y7 ,9jk<)m]L @{fwM;me]P 8. 总结 '{.4~: 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 R\&z3<-S U7jDm>I 第1步 L>1y[
Q 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。 gI2'[OU ^?(#%~NS 第2步 wE=I3E % 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [sk n9$ 扩展阅读 F5YoEWS 扩展阅读 u&S0 开始视频 8'zl\:@N - 光路图介绍 /ivVqOo 该应用示例相关文件: ak_y:O| - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 >0ZG&W9 - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 'a JE+
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