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) ("5Eed &&er7_Q 应用示例简述 2/M:KR 2j(]Bt: 1. 系统细节 `6B jNV 光源 ~LufHbr — 高斯光束 ,~^BoH} 组件 [|E|(@J — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 $S_G:}tna 探测器 2pn8PQfg) — 视觉感知的仿真 Md(h-wYr — 电磁场分布 @A;Ouu( 建模/设计 DP<[Uz& — 场追迹: $9m>(b/;n 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 . L'eVLQe )AoF-&,w 2. 系统说明 R7j'XU IolKe:'>@ 1Z| {3W 3. 模拟 & 设计结果 R<AT}!mkR u&\QZW? 4. 总结 ZXL *^_ywqp 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ];VJ54 "2a&G3}t" 第1步 hm+,o_+ 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 &ytnoj1L( wjnQK 第2步 wS%aN@ay3 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 whdoG{/ Z{gJ m9 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 EXD Qr'" /UAcN1K!B 应用示例详细内容 8M9}os TU(w>v 系统参数 #mK?K b2p;-rv 1. 该应用实例的内容 uiEAi s_`=ugue k6mC_ 2. 设计&仿真任务 ="Sa>-do, )|SmB YV 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 LtIw{*3 E`aAPk_y 3. 参数:输入近乎平行的激光束 Fy'/8Yv#L Fo86WP} ^N`bA8 4. 参数:SLM像素阵列 5Dv;-G; ]pi8%.d yQ{xRtNO 5. 参数:SLM像素阵列 4EtP| 4_'($FC1 $&l}
ABn 应用示例详细内容 Ebk_(Py\ S+7:fu2?+ 仿真&结果 G*x"drP JDA :)[; 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM JE$aYs<(TF 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)。 RHOEyXhOA 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。 fZ)M
Dq KNZN2N)wR 2. VirtualLab的SLM模块 (g>>
f3u^:6U~ @=kDaPme92 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ("
,(@nS 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。 NrrnG]#p1 =5QP'Qt{O 3. SLM的光学功能 sMhUVc4 8ezdU" 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 aOr'OeG(=e 为此,将区域填充因子设置为60%。 !gm;g}]szG 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。 hQT
p& ?%Pd:~4D 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ">LX>uYmX- k Up[b~ 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。 RIDzNdM>U GVaIZh< 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd C~&~Ano, 9]DMHA@ 4. 对比:光栅的光学功能 t|ih{0 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。 |_7AN!7j 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。 (6*CORE
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)。 ygA~d9" 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。 Qq. ht 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。 vA r
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9O.okU 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd JQtBt2 c[I4'x 5. 有间隔SLM的光学功能 eA$wJ$* 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。 os3jpFeG' T|{1,wP 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd uV@#;c4 wePhH*nQ> 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。
<Xsy{7 Id/-u[-yo #Pf?.NrTn 6. 减少计算工作量 2;z~xR D[NJ{E.{
gC+PpY#2h 采样要求: Y$%z]i5 至少1个点的间隔(每边)。 *&d>Vk."] 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。 K9*vWoP' _=wu>h&7 采样要求: Lcx)wof 同样,至少1个点的间隔。 c89+}]mGq 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 BXCB/:0 随填充因子的增大,采样迅速增加。 srh>"
2." W@vt6v 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。 8)wxc1 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。 @]r l2Qqe 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)。 *K<|E15 , 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 ;_HG
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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。 !6R;fD#^s 7. 指定区域填充因子的仿真 $E j;CN59 (&W&1KT 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 /oWn0 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 q,8TOn 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 :oYz=c 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 PLkwtDi+& e#+u8 LrN _DlX F 8. 总结 Hz*5ZIw 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _XO3ml\x@ _{]\} =@ 第1步 S[2uez` 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 *v' d1.Z -|"[S"e 第2步 -&Cb^$.-x 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ]d4`PXI 扩展阅读 #GJ{@C3H8Q 扩展阅读 5Hli@:B2s 开始视频 ko2T9NI:S - 光路图介绍 d3m!34ml 该应用示例相关文件: ,v#F6xv8 - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 _6tir'z - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 4dEfXrMf
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