空间光调制器像素处光衍射的仿真
8M!:N(a 应用示例简述 >/|q:b^2r D3|I:Xm 1. 系统细节 <&C]sb 光源 N-lkYL-%\j — 高斯光束 ZP{*.]Qu 组件 \rv<$d@L — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 13taFVdU 探测器 v:H$<~)E| — 视觉感知的仿真 #%DE; — 电磁场分布 x.-+[l[1
! 建模/设计 (o`{uj{! — 场追迹: g +z1 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。 AK@9?_D SL5Ai/X0N 2. 系统说明 | Bi! S]+:{9d O%bEB g 3. 模拟 & 设计结果 }_ 9Cxji P&f7@MOV.P 4. 总结 -B +4+&{T )ut&@] 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 B
{>7-0 =E.wv
第1步 $< JaLS 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 WlU0:(d 7
qS""f7 第2步 dkz=CY3p%X 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 q@{Bt{$x CB^U6ZS 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 LGn:c; 5 aCgjA11 应用示例详细内容 RCpR3iC2 *WuID2cOI 系统参数 hv?9*tLh0 D A\2rLs 1. 该应用实例的内容 9iQq.$A . 1eF3` p>huRp^w 2. 设计&仿真任务 (JOgy.5C~ iUN Ib 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 XuFYYx~ ^3 BI%$c~wS 3. 参数:输入近乎平行的激光束 e~=;c @u6B;)'l ;>Ib^ov 4. 参数:SLM像素阵列 xA$XT[D 2fL;-\!y( ?Wlb3; 5. 参数:SLM像素阵列 T{-CkHf9Q JxM]9<a=4 J| w>a 应用示例详细内容 Tw-;7Ae GBPo8L"9 仿真&结果 1G^`-ri6 asppRL|| 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM xqu}cz 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 X aMJDa|M 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 )6Fok3u _uy44;zq 2. VirtualLab的SLM模块
f6&iy$@ sBT2j~jhJ T4Pgbop 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 yb\_zE\ 必须设置所设计的SLM透射函数。 GjvOM y \!.B+7t=I 3. SLM的光学功能 *XIF)Q=<> -lY6|79bF 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 W{ q U 为此,将区域填充因子设置为60%。 v dc\R? 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。 hcsP2
0s rlOAo`hd -cAo@}v tEvut=k' j8^I z 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。 2K/4Rf0; "#2a8#
iu=7O KJ)k =mJ K0|FY=#2y 4. 对比:光栅的光学功能 ymhtX6] 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。 2} /aFR 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。 U:0mp" 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)。 NJWA3zz
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。 1#< '&Lr 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。 Nk?
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B9jC?I |` h+g_rvIG* \wz6~5R 5. 有间隔SLM的光学功能 rr],DGg+B] 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。 /[
5gX^A 61C7.EZZ; \/r}]Vz H)kwQRfu P64PPbP 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 5H<m$K4z ;u_X) ;PF<y9M 6. 减少计算工作量 NX*Q F+ 5y.WMNNv{
_^Ubs>d=* 采样要求: qd ~BnR$= 至少1个点的间隔(每边)。 /=nJRC3. 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。 2j[=\K] Q%`@0#"]Sv 采样要求: xX&+WR 同样,至少1个点的间隔。 _YhES-Ff 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 |.: q 随填充因子的增大,采样迅速增加。 =
SMXDaH M6"PX *K 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。 !Iy_UfW 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。 *SJ_z(CZm 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)。 tKOmoC 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 C_}]`[ C`hU] oq
Xg HAdg/3Hw
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。 G5BfNU 7. 指定区域填充因子的仿真 m]6mGp yLvDMPj 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。 jp%S3) 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。 ;WQve_\ 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 0*3R=7_},o 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)。 I{C
SH {UI+$/v# Hk3sI-XkA 8. 总结 Qz1E 2yJ 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ,]F,Uu_H7 0
1rK8jX 第1步 6xx ?A>: 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。 L
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