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) `Y!8,(5# U0W2 应用示例简述 O#!|2qN Q"!GdKM 1. 系统细节 ',D%,N}J 光源 I~HA
ad,k — 高斯光束 K4RQ{fWpm 组件 19[.&-u" — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 all2?neK 探测器 XE0b9q954 — 视觉感知的仿真 sA+K?_ — 电磁场分布 %ol1WG 9 建模/设计 zII^Ny8D — 场追迹: Fo0s<YlS- 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。 V<}chLd, Q4L7{^[X 2. 系统说明 Rb^G~82d? 1(i%nX<U H4wDF:n0H 3. 模拟 & 设计结果 RA){\~@wC W8-vF++R 4. 总结 dtG>iJ 6Xn9$C) 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 WXf[W WFmW[< g 第1步 6@:<62!; 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 DHvZ:)aT} 3_&s'sG5 第2步 ^@Qc!(P 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 8h=K S yYTOp^ 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 pz{ ]O_px M`*
BS 应用示例详细内容 4T~wnTH0Xg CLuQ=-[| 系统参数 On[yL$? iJKGzHvS 1. 该应用实例的内容 yKz%-6cpSl Zv8GrkK _1YC9} 2. 设计&仿真任务 4`o<e)c3 Le/}xST@ 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。 \lwLVe M[u6+` 3. 参数:输入近乎平行的激光束 _ib
@<% v@J[qpX &2ty++gC 4. 参数:SLM像素阵列 u&o$2
'8 mwZ)PySm) >4+KEK 5. 参数:SLM像素阵列 /*M3Ns1@2 (Y^tky$9 |GP&!] 应用示例详细内容 rJRg4Rog P%!=Rj^ 2m 仿真&结果 /wP2Wnq$ s5*HS3D 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 8 0o'=E}" 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)。 O{U j 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。 $++O@C5 g^\!> i 2. VirtualLab的SLM模块 (I+e@UUiL OpK_?XG NQvI=R-g 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 )ac!@slb^7 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。 U9
mK^ 9}4~3_gv;M 3. SLM的光学功能 O,NVhU7, C\dk}A 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 47f\ 为此,将区域填充因子设置为60%。 MY}K.^4^ 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。 #ZP;] W A<( DYd1H 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd L9F71bs59 Imq-5To# 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。 C46jVl :l?mNm5 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd @S>;t)\J 7;&,LH 4. 对比:光栅的光学功能 6}|h 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。 P|C5k5 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。 =+q\Jh 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)。 `82Dm!V 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。 %hdjQIH 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。 YhC|hDC {OOn7=
8Kk41 = 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ;BKU
_}k= B<a` o&? 5. 有间隔SLM的光学功能 :3b02}b7 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。 !_B*Po I`i"*z 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 4%I[.dBnM >VX'`5r>uw 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 _aJKt3GQ \<G"9w S2nX{= 6. 减少计算工作量 ;y50t$0
!ab ef.%:
HPJHA , 采样要求: ~P;A
9A(k 至少1个点的间隔(每边)。
ARs]qUY 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。 _+(@? TU*EtE'g/ 采样要求: $em'H,*b3 同样,至少1个点的间隔。 ;oDr8a<A 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 9\/oL{ 随填充因子的增大,采样迅速增加。 }&==;7,O 3dolrW 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。 Kpa$1x 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。 X8N9*vy 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)。 \xv(&94U 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 6]kBG?m0 a/1;|1a. aql8Or1[ bS954d/
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。 $ ]#WC\Hv 7. 指定区域填充因子的仿真 H\\FAOj bovAFdHW 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。 $CX3P)%
` 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 QG2 Zh9R 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 HEIg_6sb 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 P".IW.^kk~ kfT*G
+l] %'Q2c'r 8. 总结 {*[(j^OE 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 mtn^+* xIC@$GP 第1步 -B&(&R 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。 :Jv5Flxl /kg#i&bP~ 第2步 Hbd>sS 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 1 <+aF, 扩展阅读 w^$C\bCbh 扩展阅读 `[U.BVP' 开始视频 x&0kIF'lq - 光路图介绍 y$SUYG'v 该应用示例相关文件: :zPK - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ^\?Rh(pu - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 #kq!{5,
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