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) pFH?/D/q .5k^f5a 应用示例简述 [xS5z1; 7+]F^
6 1. 系统细节 &
3I7]Wm 光源 w2<*$~C] — 高斯光束 XkoW L 组件 zuj;T,R; — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 gx&7 3f<J 探测器 W,'3D~g8 — 视觉感知的仿真 @{de$ODu — 电磁场分布 K#U{<pUP 建模/设计 s_` V*`n& — 场追迹: iDvpXn 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。 R]fYe#!" )ldUayJ 2. 系统说明 {G]`1Q1DR H.;yLL= R mgxf/ 3. 模拟 & 设计结果 H!^C 2 'XME?H:q a 4. 总结 o9^$hDs,si GfQ^@Tl 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 $u-lo| u;{T2T
第1步 m4\g o 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 R=DPeUy; O^D c&w 第2步 =z']s4 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 |<7i|J Dl@{}9 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 vzQyE0T/ FL~9< / 应用示例详细内容 TyyRj4> +;5Wp$M\ 系统参数 I[a%a!QO /!o1l\i=5 1. 该应用实例的内容 (#lm#?<) 012:BZR aq$62>[ 2. 设计&仿真任务 6#/LyzZq| orK +B4 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 %j!z\pa T[mw}%3<v 3. 参数:输入近乎平行的激光束 Ed8U;U b W=!F8g|Qz /:Rn"0 4. 参数:SLM像素阵列 |^\Hv5 =k_XKxd G<Th<JF)Q 5. 参数:SLM像素阵列 _g^E%@'W 6qY\7R2+ `mQP{od?"? 应用示例详细内容 dW:w<{a!R s n=zh1 A 仿真&结果 @DUN;L 4 c4S>_qH 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM #xD&z^o 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 [+Yl;3&] 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 8-W"4)@b ?T$*5d 2. VirtualLab的SLM模块 ~k"eEV
p wGZ>iLe: @|jKO5Y 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 e@6RC bj 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。 7/[TE _m)gO/02A 3. SLM的光学功能 d)pz yd{Y}. 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 ~m009 为此,将区域填充因子设置为60%。 m1M;'tT@ 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。 a)YJ4\Qg[ "P>$=X~Zi 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd p3>Q< H'j_<R N 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。 g]oc(RM /gMa" 5?, 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd jb#1&L14 z_)OWWdN 4. 对比:光栅的光学功能 FkB6*dm- 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。 mgJ]@s}9 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。 %N?W]vbra
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)。 @1`W<WP 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。 ;p?42rCIcl 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。 JI{OGr &Sa_%:*D(
+8?R+0P 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd %M4XbSN| v '"1/% L 5. 有间隔SLM的光学功能 ~jgN_jz 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。 C.Wms}XA DkF@XK0c3 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 9!Q
$GE?vl mfp`Iy"}+ 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 }+QhW]nO{F E#&c]9QM75 _7t|0aNo\ 6. 减少计算工作量 WsK"^"Z l>[QrRXiSN
[E..VesrM 采样要求:
0&SrKn 至少1个点的间隔(每边)。 tXb7~aO 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。 Rd;~'gbG f0HV*%8 采样要求: ^bY^x+d 同样,至少1个点的间隔。 7#~m:K@ 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 |P[D2R} 随填充因子的增大,采样迅速增加。 l{D,O?`Av /4f 5s#hR 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。 -?2 &5YB 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。 It!.*wp 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)。 56j/w[&8 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 zwniS6R1 S9F]!m^i X<@y*?D9D X&;]
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。 }fa%JN %E 7. 指定区域填充因子的仿真 Cs~\FI1wR h9)]N&07b 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。 eiNk]KXAYX 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。 VUg~[ 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ,co9f.(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)。 GQ8Dj!8 EL)/5-=S bCac.x#jo 8. 总结 fv 1!^CDia 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 j8ohzX[Y Zia|`}peW 第1步 b\e)PUm#u@ 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。 #uR q] 'P WriJco<v 第2步 4'4s EjyA 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 a?Qcf;o 扩展阅读 %q\P 'cK 扩展阅读 i+
&lMgh 开始视频 ~"4 vd 3 - 光路图介绍 JEkIbf?=r 该应用示例相关文件: J9KLO= - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 6@_@nlA<1 - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 6w`}+3
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