空间光调制器(SLM.0002 v1.1) <Y6>L}; tqf-,BLh 应用示例简述 DcDGrRuh
TI&J>/z;$ 1. 系统细节 $&C%C\(>D 光源 @h8~xs~DG — 高斯光束 /bk} J:QRg 组件 o>%W7@Pr — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 9K(b Z{ 探测器 M$A! — 视觉感知的仿真
>S/>2e: — 电磁场分布 _{);n$ ` 建模/设计 Z28@yD+ — 场追迹: Ob+c*@KiW 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。 <[~M|OL9q, 9V!K._Cb 2. 系统说明 {,srj['RS zg"ZXZ Rznr9L 3. 模拟 & 设计结果 `8Ix&d3F 4B(qVf&M 4. 总结 2O>iAzc
]7@Dqd-/S 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 >8-
` pqX=l%{4ES 第1步 b5C #xxIO 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。 ^ 2tCDm5 )63w& 第2步 lPP7w`[PA 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 (Zkt2[E` 4Qs#ws]) 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 }=5(*Vg
5#tvc4+) 应用示例详细内容 xRmB?kM3]5
LdV_7) 系统参数 @wz7jzMi
5O*$#C;c 1. 该应用实例的内容 qr1^i1%\ IYPI5qCR )^AO?MW 2. 设计&仿真任务 S7]cF5N
>EG;2]M& 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。 n"vI> _|G aQuENsB 3. 参数:输入近乎平行的激光束 Wit1WI;18 PT=%]o] F u)7J4Z 4. 参数:SLM像素阵列 EhoR.
f}A^rWO 8[V!e[ 5. 参数:SLM像素阵列 nLQJ~(" -lHJ\= v?J2cL 应用示例详细内容 e%#f9i
"wc $'7M 仿真&结果 oz--gA:g
1k`!w} 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM a?dM8zAnc 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)。 mjpH)6aD0 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。 O`4X[r1LD Z2r\aZ-d` 2. VirtualLab的SLM模块 .x&>H
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为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 BehV
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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。 GZo^0U,;
!&kOqc5:t< 3. SLM的光学功能 -Q/Dbz#-
lsd\ `X5, 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 3)sqAs( 为此,将区域填充因子设置为60%。 +!rK4[W' 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。 Sq,x@ $%<gp@Gz 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd x:(e:I8x( 94+#6jd e 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 5|Uub, W c nYD) 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 6
J#C ZD*>i=S 4. 对比:光栅的光学功能 Jx_4:G 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 a v/=x 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 ,QDq+93 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 X^?-Une 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 8w$cj' 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。
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}k%>%xQ. 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 6eb5 q/
^T"A9uaG 5. 有间隔SLM的光学功能 {)G3*>sG3 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。 RGcT $iV3>>;eh 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ;9rQN3J$gn 2-
)Ml* 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 |KA8qQI]% dJkTHmw 0GB6.Ggft 6. 减少计算工作量 8<P.>u :]x)lP(3E
REa%kU 采样要求: "5@Y\L 至少1个点的间隔(每边)。 ='s2S5#1 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。 +_+_`q>] wH<S0vl 采样要求: P9c1NX\- 同样,至少1个点的间隔。 sbgRl% 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 !-: a`Vs+ 随填充因子的增大,采样迅速增加。 #df Aqg' CnO$xE|{ 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 ]UMwpL&rY 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 Kl^Yq 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 3p7*UVR" 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 3#dUQ1qo6 :yv!
x }3@`'i7
G G7N!eZ 减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
m0:8thZN 7. 指定区域填充因子的仿真 }L@YLnc%
bju0l[;= 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 UF}fmDi 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 <F&S 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 A1i-QG/6 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 j J9| |>VHV} 4)< W0R6<-
1
8. 总结 sH6srwI 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Y5K!DMKY h$lY,7
第1步 g-6!+>w*>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。 eK]GyY/Y wd u>3Ch"y 第2步 cLamqZf3 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 m^p
Q55, 扩展阅读 4iDo.1B" 扩展阅读 O#9Q+BD 开始视频 xU)~)eK - 光路图介绍 #E>f.:) 该应用示例相关文件: 75<E 0O - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 H.'_NCF&;L
- SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Rb#?c+&#