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) PtOnj)Q WfNMyI 应用示例简述 ~]M" ;)a9Y? 1. 系统细节 "6QMa,)D 光源 1z:N$O_v — 高斯光束 H\bIO!vb 组件 D|:sSld @ — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 dhkpkt<G8 探测器 N
Z`hy>LF^ — 视觉感知的仿真 IBh~(6 — 电磁场分布 -rlX<(pl) 建模/设计 #{,IY03 — 场追迹: $SR]7GZ 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 hspg-|R ,2bAKa 2. 系统说明 I!D*( > o hlVc%a KK$A4`YoR 3. 模拟 & 设计结果 7bS[\5 |9eY
R 4. 总结 3PffQ,c[~ T@.D5[q0: 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 S I5QdX G-
WJlu 第1步 6QQ oHYtZ 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。 2s%M,Nb &
jvG]>CS' 第2步 \
6a 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 IOl"Xgn5 =)8fE*[s 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 0 +LloB Mk?I} 应用示例详细内容 !yrHVc G9Tix\SpF 系统参数 #jiqRhm )A=g# D# 1. 该应用实例的内容 V"iLeC :X*LlN H_nJST<v` 2. 设计&仿真任务 TVwYFX P^W47
SO 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。 tb3fz")UC yG$@!*| 3. 参数:输入近乎平行的激光束 ;(6lN<iU %;$Y|RbmqE %QLYNuG 4. 参数:SLM像素阵列 Qpf]3 zAJUL hATy3*4 5. 参数:SLM像素阵列 ,>v9 Y#U \;gt&*$- Cq;d2u0)o$ 应用示例详细内容 cLC7U?-
RQNi&zX/ 仿真&结果 >irT|VTf MiM=fIuw@s 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM +Q0-jS#d 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)。 {][7N p!y 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。 $VIq)s2az| e/jM+%
2. VirtualLab的SLM模块 ^VPl>jTg Qp&ySU8 FH`&C*/F0Y 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 15DK\_; 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。 [{LnE: #2ASzCe 3. SLM的光学功能 ld:alEo Q.dy
$`\ 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 fhx:EZ:~ 为此,将区域填充因子设置为60%。 pu*u[n 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 w1(06A}/ E9 q;>)} 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 1t=X: ]0j K(fLqXE% 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 G11.6]?Gg r;8z"* 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd F>(#Af9 :";D.{|| 4. 对比:光栅的光学功能 05I39/T% 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 9Ru%E>el- 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 G5y 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 RTBBb:eX 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 k&iScMgCTH 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 -
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. 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd :_,]?n rnv7L^9^A 5. 有间隔SLM的光学功能 ]N <] 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 #Y>%Dr& \"`>-v"h 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd f"<@6Axq D6)Cjc>a 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 giPo;z\c /,N!g_"Z [aZ v?Z 6. 减少计算工作量 Dq%r
! ) ^ lc}FN
QXxLe* 采样要求: cm 9oG 至少1个点的间隔(每边)。 i,Wm{+H-O 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 iVi3 :7* ) UDJ[pL@ 采样要求: /.kna4k 同样,至少1个点的间隔。 ^&';\O@) 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 j_'rhEdLP 随填充因子的增大,采样迅速增加。 }vUlTH ^8oc^LOa~2 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 bqQO E4; 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 >6l ;/J 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 3ES[ N.V# 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 j*La,iF m$E^u[ *iRm`)zC( f{^M.G@
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。 x\J;ZiWwW 7. 指定区域填充因子的仿真 }L$Xb2^l _{c|o{2sj 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 k Kp6 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 Ueg N-n 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 TcKvSdr' 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 X=p3KzzX XHZ:
mLf BU]WN7]D$ 8. 总结 Z]aK' 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 #mRFUA .qIy7_^ 第1步 EAD0<I<>
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。 "0'*q<8 Y1fy2\<' 第2步 JIP+ !2 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [<Os~bfOv 扩展阅读 X<Th{kM2 扩展阅读 ckf<N9 开始视频 eg2U+g4 - 光路图介绍 &>W (l. 该应用示例相关文件: 'wz\tT ^ - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 xI@$aTGq - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 GDHK.?GY
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