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) KCl &H }}s8D>;G~ 应用示例简述 [pr 9 $Jr 9E^~#j@Zr 1. 系统细节 @c0n2 Xcr 光源 a6k(9ZF — 高斯光束 ,7t3>9-M" 组件 T7^ulG1' — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 D9,e3.?p 探测器 qP qy4V.; — 视觉感知的仿真 ~c!Rx' — 电磁场分布 <8g=BWA 建模/设计 sE-x"c — 场追迹: Q6eN+i2 ; 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 ~Vwk:+): Gee~>:_Q{J 2. 系统说明 "$]ls9-%n nZ&T8@m @l)\?IEF@f 3. 模拟 & 设计结果 Td5bDO ~."!l'a 4. 总结 k{?!O\yY p
"/(>8 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 A S`2=w 2]2{&b u 第1步 ^GE^Q\&D& 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。 FwXKRZa P8"6"}B;T 第2步 5r^1CFO 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <V7SSm n?zbUA# 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Fq vQk 1XqIPiXJ 应用示例详细内容 3%_
4+zd fS5GICx8R 系统参数 +ylxezc ,2RC |h^O, 1. 该应用实例的内容 j?Cr31 L[CU |sA4:Aq 2. 设计&仿真任务 Tld1P69( LKIW*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。 r hiS .=>\Qq% 3. 参数:输入近乎平行的激光束 c9\B[@-q 8.*\+nH $dlnmNP+ 4. 参数:SLM像素阵列 5dg-d\6S /!^L69um ;3 G~["DA 5. 参数:SLM像素阵列 F5<"ktnI yB0jL:|a Oyi;bb<# 应用示例详细内容 nw~/~eM5= QpdujtH` 仿真&结果 t)\D b ^uP^](J 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM =@Q#dDnFu% 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 }V\P,ck 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 q:TZ=bs^ 0$n8b/%. 2. VirtualLab的SLM模块 8|w5QvCU?3 aSn0o_4bD M3DxapG 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 C>.]Bvg 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。 @/CRIei Am>_4 3. SLM的光学功能 zkjPLeX ~bQFk?ZN+ 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 u3Zzu \{ 为此,将区域填充因子设置为60%。 B] A 5n8< 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。 =giM@MV [ea6dv4p 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd (Wm/$P; =?meO0]y 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 z1Bj_u{ Gl?P.BCW.& 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd PWf{aHsr :N^@a- 4. 对比:光栅的光学功能 OSSd;ueur$ 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。 8C*6Fjb# 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。 vDu0 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)。 5en
[)3E 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。 uvu**s 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。 ](B&l{V o7_MMeQ4
?RgU6/2 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd jw:4fb A2g"=x[1@K 5. 有间隔SLM的光学功能 AIvL#12 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。 w?V[[$ 6MLN>)t 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 7h9 fQ&y XBfia j 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 HI"!n$p AmT|%j&3 W (=Wg|cr 6. 减少计算工作量 jMz1s%C p|bc=`TD
'k-u9 采样要求: !wLH&X$XT 至少1个点的间隔(每边)。 ;
McIxvj 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。 @e.OU(Bf nZ`2Z7! 采样要求: L}e"nzTE6I 同样,至少1个点的间隔。 D,}'E0 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 }5o~R~H 随填充因子的增大,采样迅速增加。 rZ8Y=) e 3<zTkI 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。 b*'=W"%\ 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。 :/yr(V{ 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)。 b2/N H1A 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 C>w9
{h s0XRL1kWr :|n>H+Y }%o+1 <=
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。 :Fi%Cef| 7. 指定区域填充因子的仿真 c:h.J4mv E&iWtwkz 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。 (PsSE:r}+ 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。 eB<V%,%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。 .q_uJ_qu- 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)。 n3l"L|W^(< I |<+'G [5RFQ! 8. 总结 ? !oVf> 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 \4\\575zp' d}wa[WRv
第1步 #U!(I#^3 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。 r7Q:l ?F2 v'
9( et 第2步 9h3~;Q 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 VeN&rjc 扩展阅读 #5ohmp,u 扩展阅读 A5.'h< 开始视频 k[r./xEv+t - 光路图介绍 ^O$[Y9~*
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