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) A{Z=[]r1`E +eZR._&0 应用示例简述 ~#&bDot ddmTMfH 1. 系统细节 SgHLs 光源 9Y- Sqk+ — 高斯光束 .ZFs+8qU> 组件 !uii|" — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 X5cl'J(j9 探测器 K~5QL/=1 — 视觉感知的仿真 8=FP92X — 电磁场分布 fKf5i@CvB@ 建模/设计 :;t*:iG — 场追迹: 29
L~SMf 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。 0"(5\T z[ B*sbS 2. 系统说明 {j+w|;dZF p)N= Aj#CB.y 3. 模拟 & 设计结果 E9;cd$}K 5*xk8* 4. 总结 Y'&A~/Adf r]sv50Fy 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 b{=2#J- (n05MwKu\ 第1步 yo`Jp$G 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。 )C5<puh $*V:;-H 第2步 ZMy0iQ@ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 mVg-z~44T X#j-Ld{j 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 sWP5=t(i+9 V~tq
_ 应用示例详细内容 !5wm9I!5^ 5 e~\o}] 系统参数 {1;j1|CI FN NEh 1. 该应用实例的内容 oJ\UF S w,cfSF;=tC cH?j@-pY 2. 设计&仿真任务
XZLo*C!MG "jH=O(37 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。 $NC1>83 {5QIQ 3. 参数:输入近乎平行的激光束 O l1[ o L}*:,&Y/ 5:6as^i:b 4. 参数:SLM像素阵列 $@"o BCc 97lM*7h; l)m\i_r: 5. 参数:SLM像素阵列 k3h,c; x*Y&s< wWv")dk3i 应用示例详细内容 IugYlt ^I=c]D]); 仿真&结果 =T;>$&qs \Z-T)7S 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM XW
w=3$ 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)。 r!N)pt<g 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。 CB{%~ YjN2 ,Xi 2. VirtualLab的SLM模块 Dj}n!M`2I S
C7Tp4 yBqv'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。 Ca?5bCI, 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。 ,_@C(O SN+B8*! 3. SLM的光学功能 6FNs4|(d ++n"`
]o, 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 YUU|!A8x 为此,将区域填充因子设置为60%。 64;F g/t 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。 kY*3)KCp KKP}fN 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ~V&4<=r` 9v>BP`Mg 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。 @ FVan px;5X4U 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ~CiVLSH= 6REv( E] 4. 对比:光栅的光学功能 F4'g}yOLd 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。 N=FU>qbz 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。 Y[Jt+p] 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)。 4lhoA 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。 Jlw%t!Kx 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。 tZ,vt7 VP[-BK[
,_;+H*H>" 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd sk !92mQ Z0*Lm+d9z 5. 有间隔SLM的光学功能 :U)>um34e 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。 8Q&.S)hrN ?O(KmDH 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ;/+VHZP; R\k=
CoJJ 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 >^}nk04 gI8r SmH V
;Kzh$^rk 6. 减少计算工作量 vJ5` :4n" "{>I5<:t
<tkxE!xF`J 采样要求: lg` Qi& 至少1个点的间隔(每边)。 &2IrST{d:V 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 ^9*FYV %zj;~W;qPH 采样要求: i(DoAfYf/q 同样,至少1个点的间隔。 3Mw\}q 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 T \%{zz_( 随填充因子的增大,采样迅速增加。 E^uau=F 3GVE/GtU 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 .Rt_j
如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 jR8~EI+ 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 b]S4\BBT 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 3=o^Vv i!8 o(!I S~jl%] #hL<9j
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。 B.w ihJVDg 7. 指定区域填充因子的仿真 N)'oX3?x ,4dES|)sP 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 tY$
.(2Ua 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。 &4M0 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。 r,}U-S.w 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)。 4T#B7wVoM |lH~nU.* b;$ -s
\% 8. 总结 V9xZH5T8^ 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Mazjn?f V[D[MZ 第1步 ZUGuV@&-T 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。 Dw}8ci' |k5uVhN 第2步 'G1~\CT 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 oXw} K((| 扩展阅读 Ao%E]M 扩展阅读 Jej P91 开始视频 @91Q=S - 光路图介绍 GCx1lm 该应用示例相关文件: ;{b 1' - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 @kU{ - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 :ie7HF
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