空間光調(diào)制器(SLM.0001 v1.1)
應(yīng)用示例簡述
1. 系統(tǒng)說明
光源
— 高斯光束
組件
— 反射型空間光調(diào)制器組件及后續(xù)的2f系統(tǒng)
探測器
— 視覺感知的仿真
— 電磁場分布
— 效率、SNR，一致性偏差，雜散光評估
建模/設(shè)計
— 基于迭代傅里葉變換算法（IFTA）設(shè)計位相傳遞函數(shù)，將高斯光束整形為高帽光束
— 場追跡：光在空間光調(diào)制器像素陣列的衍射。
2. 系統(tǒng)圖示
3. 建模與設(shè)計結(jié)果
4. 總結(jié)
VirtualLab內(nèi)置的工具，如：
迭代傅里葉變換算法(IFTA)
一個輔助會話編輯窗口
經(jīng)典場追跡仿真引擎，提供多樣化選項以最合適的方法來處理衍射效應(yīng)。
我們可以：
1. 為反射空間光調(diào)制器(SLM)生成一個優(yōu)化后的位相調(diào)制分布設(shè)計
2. 在最終系統(tǒng)的設(shè)置中對仿真結(jié)果進行分析。
應(yīng)用示例詳細內(nèi)容
系統(tǒng)參數(shù)
1. 內(nèi)容概覽
首先在系統(tǒng)詳述中給出了仿真參數(shù)、常規(guī)系統(tǒng)以及評估結(jié)果。
接下來通過一步一步的描述來幫助你了解如何設(shè)置此系統(tǒng)。
最后的部分給你必要的信息，即到處必要的設(shè)計核分析數(shù)據(jù)以用于實際的SLM模塊。
2. 應(yīng)用實例的內(nèi)容
3. 設(shè)計&仿真任務(wù)
對于2F系統(tǒng)和一個給定的SLM，我們設(shè)計了所需的位相用于生成一個矩形高帽光束(超級高斯)光分布。
SLM偏折光線以在遠場生成高帽形狀光束，傅里葉透鏡將光束聚焦，并決定了最終的工作距離。
4. 參數(shù)：輸入激光束
文件: SLM.0001_TopHat_SLM-Design_1_InputField.ca2
5. 參數(shù)：2f系統(tǒng)&期望輸出光束
文件: SLM.0001_TopHat_SLM -Design_2_OutputField.ca2
6. 參數(shù)：設(shè)計條件
一般DOE vs SLM設(shè)計
對于結(jié)構(gòu)置于基底材料的衍射光學元件，像素尺寸在x和y方向可以自由選擇。對于SLM應(yīng)用， 這些尺寸都是基于SLM的像素尺寸而固定的。
反射系統(tǒng)
在反射SLM系統(tǒng)中，其SLM是傾斜的，入射光僅可以“看見”傾斜的SLM像素區(qū)域。因為設(shè)計和優(yōu)化算法都是假設(shè)光線垂直入射，因此，傳輸函數(shù)的像素尺寸必須適應(yīng)設(shè)計。
7. 參數(shù)：SLM像素陣列=傳輸
在該設(shè)計中，忽略了SLM像素間隔。
如在SLM.0001中，我們假設(shè)一個區(qū)域填充因子為100%。
(*)實際上Hamamatsu X10468的區(qū)域填充因子為98%。其效應(yīng)將如SLM.0002標題所述。
8. 設(shè)計的壓縮長度
由于反射系統(tǒng)相對于Y軸有一個傾斜角度，垂直的入射光，以壓縮視圖的方式看SLM的X方向的長度。
對于本設(shè)計—采用正入射考慮的迭代傅里葉變換算法—通過將SLM的X方向長度及其像素尺寸分別乘以因子 以顧及到傾斜角度的影響：
9. 輔助設(shè)計&優(yōu)化
VirtualLab提供了一個會話編輯器用于光束整形中協(xié)助用戶配置設(shè)計和優(yōu)化文件。
其更多地用于經(jīng)典衍射光學元件(DOE)的設(shè)計，因為其像素尺寸是變量，具體的大小將在設(shè)計過程中定義。
對于一個SLM系統(tǒng)，元件的像素尺寸是一個固定參數(shù)，因此必須在會話編輯器中手動指定。
文件:SLM.0001_TopHat_SLM -Design_3_DesignDoc.ca2
10. 設(shè)計結(jié)果：位相傳遞函數(shù)
相鄰的位相分布結(jié)果以2π模顯示。
文件:SLM.0001_TopHat_SLMDesign_4_DesignedTransmission.ca2
應(yīng)用示例詳細內(nèi)容
仿真&結(jié)果
1. 設(shè)計結(jié)果：評價函數(shù)&輸出
設(shè)計結(jié)果的特征參數(shù)可在分析標簽頁內(nèi)進行計算。輸出場(振幅)以偽彩色(彩虹)表示。
點擊顯示光路圖 打開系統(tǒng)的光路圖文件(LPD)。
2. 在傾斜系統(tǒng)仿真前的設(shè)置1-2
設(shè)計好的位相數(shù)據(jù)已經(jīng)自動地插入到打開的LPD中。對于一個反射SLM系統(tǒng)必須做出一些調(diào)整：
1. 設(shè)計的傳輸?shù)牟蓸泳嚯x必須根據(jù)實際SLM參數(shù)進行設(shè)置，因為傾斜元件一定會有其原始像素尺寸。
2. 此外，VirtualLab允許考慮矩形像素形狀引起的光學效應(yīng)因素。
3. 在傾斜系統(tǒng)仿真前的設(shè)置3-4
4. 在傾斜系統(tǒng)仿真前的設(shè)置5
5. 因為理想系統(tǒng)元件并不適用離軸非傍軸的仿真，所以必須進行調(diào)整，通過：
或者使用為了考慮相應(yīng)的像差在稍后所用的透鏡 (詳見SLM.0003)。
或者—如此處描述的—通過2f系統(tǒng)元件，應(yīng)用一個無像差的傅里葉透鏡。
所用文件: SLM.0001_TopHat_SLM -Design_5_FinalReflectiveSetup.lpd
6. 系統(tǒng)的3維顯示
為了方便演示，在不同的元件中引入了一個額外的距離來說明系統(tǒng)配置。這在仿真中并非必要。(2f系統(tǒng)已考慮了前后的傳播距離)
7. 更高sinc級次評估
能夠通過幾個數(shù)據(jù)點模擬每個SLM的像素，從而考慮周期結(jié)構(gòu)引起衍射效應(yīng)。
由于每一個像素的矩形結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的衍射級次以一個sinc函數(shù)(所謂的高級sinc級次)進行調(diào)制。
這強度調(diào)制會影響一致性誤差值，在IFTA設(shè)計過程中可以補償這一效應(yīng)。
8. 系統(tǒng)的仿真結(jié)果
文件: SLM.0001_TopHat_SLM-Design_5_FinalReflectiveSetup.lpd
9. 總結(jié)
VirtualLab內(nèi)置的工具，如：
迭代傅里葉變換算法(IFTA)
一個輔助會話編輯窗口。 |
