空间光调制器(SLM.0002 v1.1) C+dz0u3s VAe[x
` 应用示例简述 ZQ-6n1O
1Cw$^jd 1. 系统细节 O2U}jHsd 光源 ~Qf\DTM& — 高斯光束 I<Mb/!TQ 组件 5Y@Hb!5D — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 _c(h{dn 探测器 4RH>i+)pS\ — 视觉感知的仿真 SQMtR2 — 电磁场分布 _p^Wc.[~M 建模/设计 T#vY(d — 场追迹: TpdYU*z_Br 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。 Kb'4W-&u! S9'Xsh 2. 系统说明 0vMKyT3 c *uKYrs [ a^Q
?K\c4N 3. 模拟 & 设计结果 [e{D t oM+Bd:Y 4. 总结 #<#-B v
Q9;VSF) 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 uh>"TeOi t%@u)b p 第1步 6^2='y~e 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。 |Nadk(} .
K_Jg$3 第2步 ,?+uQXfXR 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 A.RG8" bkrl>Im<n 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Lg7dJnf
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k\/Cf 应用示例详细内容 ,jl4W+s
>\3N#S"PF 系统参数 0WyOORuK
APCE}%1U 1. 该应用实例的内容 +4Q1s?` ,C:^K`k& z.OJ1vY7 2. 设计&仿真任务 /"^XrVi-
$I<\Yuy-M9 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。 kv2 H3O _SH~.Mt_! 3. 参数:输入近乎平行的激光束 &!FI!T
-WH ]LMtZUz >X5RRSo 4. 参数:SLM像素阵列 ZS`9r16@b
b'vIX<
g d ]#`?} 5. 参数:SLM像素阵列 =)x+f/c] :?>yi7w gJg+
]-h/ 应用示例详细内容 y I[kaH"J
U99Uny9 仿真&结果 |:SIyXGbY
6y"T;.FAo 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 0C6T>E7 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)。 ' t^ r2N/ 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。 p4$4;) +WguWLO" 2. VirtualLab的SLM模块 E
`V?Io
aY DM)b}
O5:[]vIn
为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 cE?p~fq<
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。 ]?NiY:v
tJm1Q#|| 3. SLM的光学功能 xhB-gG=
eQMa9_ 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 c(!pcB8 为此,将区域填充因子设置为60%。 NS "1zR+ 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。 ~3|)[R=+p1 .}E@7^X 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd kPO+M~+n AE Abny
q 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。 *@WBaN+ &G?w*w_n 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd hdqr~9 OU*skc> 4. 对比:光栅的光学功能 U}l=1B 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。 oq,*@5xV2 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。 is^5TL%@ 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)。 k4` %.; 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。 /!60oV4p0 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。 P~PM $e
MVEh<_
^KV:.up6 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd b{
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5. 有间隔SLM的光学功能 g'EPdE 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 O@skd2 +6L.a3&(b 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 6t'.4SR qV-1aaA 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 bzZ7L-yD Ty*+?#` o?aF 6. 减少计算工作量 f{|n/j;n=C pezfB{x?
t&IWKu# 采样要求: Vw`%|x"Xz 至少1个点的间隔(每边)。 yvnvI y 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 g3Ul'QJ nk;+L 采样要求: Qz$Wp* 同样,至少1个点的间隔。 "S>VqvH3 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 Eks<O 随填充因子的增大,采样迅速增加。 0;%\L :,O 7>EMr}f C 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。 \[/}Cy 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。 ojVN-*5
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)。 w*u.z(:a` 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 {
3 "jn BU|m{YZ$ :\%hv>}|
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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。
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RX 7. 指定区域填充因子的仿真 \\Z?v,XsS
;x/.8fA 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。 ler$HA%F] 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。 AR
g]GV/L 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 I,r0K] 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:z' !.O;SG \t? ;p-+ta
8. 总结 x@|10GC#: 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 8/~@3-9EK GxE`z6%[ 第1步 vJ;0%;eu[! 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。 J@rBrKC CU/Id`"tW 第2步 %d
/]8uO 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 V0_^==Vs 扩展阅读 ^xr &E 扩展阅读 ,,?XGx 开始视频 uTy00`1 - 光路图介绍 ~b[5}_L=> 该应用示例相关文件: kAW2vh - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Ze?H
- SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 %xC}#RDf