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) P!Brw72 'ZJb` 应用示例简述 > ^=n|% !YPwql(
1. 系统细节 E.%V0} 光源 tD*k
— 高斯光束 Mw3$QRM 组件 $K.DLqDt — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 zo1T`"Y 探测器 Pbd[gKX_ — 视觉感知的仿真 /qKA1-R}4
— 电磁场分布 ;>uB$8<_7 建模/设计 #+QJ5VI: — 场追迹: iX o( 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 _Pno9| n}b{u@$ 2. 系统说明 Nw9@E R eR4ib-nS uH?dy55Y 3. 模拟 & 设计结果 ,hH c
-%- @0]w!q 4. 总结 !E&l=*lM. t>Ye*eR*`U 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Fv7]1EO. O|S,="h"} 第1步 EnGh&] 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。 t{>#)5Pqv oP`:NCj\9 第2步 Q7<Y5+ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 T$`m!mQ4 ~n8UN< 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 c(uDkX je@&|9h 应用示例详细内容 >yr;Y4y7K e]nP7TIU 系统参数 ?%`Ph ?BZl yUWc8]9\W 1. 该应用实例的内容 "f8,9@ Rz&`L8Bz 3b\s;! 2. 设计&仿真任务 ]h~F%
YO-B|f 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 pj<aMh CcW3o"=4 3. 参数:输入近乎平行的激光束 [0qswsV 9+MW13? _YG@P1 4. 参数:SLM像素阵列 2z*}fkJ m_Pk$Vwx epKr6
xq 5. 参数:SLM像素阵列 unc6 V% tvf5b8(Y- w&f>VB~,1 应用示例详细内容 2*^=)5Gj-h G62;p# 仿真&结果 rHjDf[5+ Op8Gj
` 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 6eUGE 4NF( 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)。 8G3 Z,8P4( 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。 vs$h&o>| k~so+k&=b 2. VirtualLab的SLM模块 4CchE15 cLp_\\ eI:x4K,# 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 [L7s(Zs> 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 JBA{i45x dl[%C6 3. SLM的光学功能 VRgckh
m 5x|$q kI 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 -fV\JJ 为此,将区域填充因子设置为60%。 "=K3sk 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。 jl}!UG 6w? GeJ 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ~:k
r;n2 ^7ID |uMr 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。 0sA`})Dk O-ENFA~E;v 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd {X2uFw Gi !( +M 4. 对比:光栅的光学功能 /2E
Q:P 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。 %).I&)i 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。 6HJsIeQ 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)。 x^_c4,i) 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。 ?./fVoA]V 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。 fQ"Vx! =jh^mD&'
R\X;`ptT 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 3?<A]"X. A@?-"=h} 5. 有间隔SLM的光学功能 !5h-$; 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 2Mq@5n :-U&_%#w 所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd _1O .{O oiR9NB&< 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 l&e{GHz pzjNi=vhd 9@lG{9id? 6. 减少计算工作量 T`j{2 /&G|.Cx
ZwY mR= 采样要求: Il>o60u1 至少1个点的间隔(每边)。 yxT}hMa 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 a%a0/!U[ !mWm@}Ujg 采样要求: 9bRUN< 同样,至少1个点的间隔。 v5e*R8/ 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 6vTnm4 随填充因子的增大,采样迅速增加。 8[t*VIXI (4RtoYWW 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 ge%QbU1J 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 "".a(ZGg 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 Isvb;VT9L 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 eJn_gKWb @`nG&U 9 `bLQd wpC.!T
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。 ts_|7Ev 7. 指定区域填充因子的仿真 SYQP7oG9oQ lb*;Z7fx<' 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 0|K<$e6IH 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。 @p/"]zf 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ?li/mc.XG 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)。 [AIqKyIr _
M B/p (E,[Ad,$ 8. 总结 xe(7q1 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 pmurG %[~g84@ 第1步 EB}~^ aY 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。 Hi$N"16A5z 91yYR* 第2步 mea}
9]c 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 5 A5t 扩展阅读 /zQx}U)TP 扩展阅读 cD!E.2[ 开始视频 <tsexsw - 光路图介绍 cUd>ahv 该应用示例相关文件: 4s'%BM-r- - SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 w@6y.v1I{ - SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 R47y/HG,
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