空间光调制器像素处光衍射的仿真
v9rVpYc" 应用示例简述 76u{!\Jo/{ H&bh<KPMh 1. 系统细节 L\L"mc|O 光源 X*O9JGh — 高斯光束 &@6 GI< 组件 XWtiwf'K — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 TQJF+;% 探测器 Z`s!dV]e9 — 视觉感知的仿真 )%VCzye*{ — 电磁场分布 t$ZkdF 建模/设计 <*Ub2B[m — 场追迹: k[9A,N^lZB 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 m}5q]N";x fHfY}BQS 2. 系统说明 _whF^g8 T3z(k
la eYEc^nC,c) 3. 模拟 & 设计结果 jczq`yW fsvYU0L 4. 总结 G{o+R]Us H$tb;: 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 :JlDi>B 0S.?E.-&0 第1步 WZ?!!
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。 *jF#^= \r;F2C0*i 第2步 l>7r2; 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 FkB{ SCJ t5)J;0/ 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 F=}Z51|:~ \hbiU] 应用示例详细内容 _M5Xk? e= 3eKQ<$w 系统参数 }-p,iTm yd>}wHt 1. 该应用实例的内容 )ooWQ-%P /s[DI;M$o =.b Y#4 2. 设计&仿真任务 'msmXX@q lLCdmxbT 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。 ` X}85 <*Y'lV 3. 参数:输入近乎平行的激光束 p4wr`"Zz GZ8:e3ri Y&~M7TY b 4. 参数:SLM像素阵列 M<[?g5=# U)[ty@zyF c_1/W{ 5. 参数:SLM像素阵列 R0<< f] yVS\Q,:J9 A1A3~9HuK 应用示例详细内容 U8O(;+ Qb`C)Nh: 仿真&结果 (
v@jc8y >&Fa(o;* 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 5 =Z!hQ} 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)。 \FifzKA 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。 FC}oL"kk iV
hJH4 2. VirtualLab的SLM模块 daX*}Ix - DL"-%X. @2e2^8X7f 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 l`gTU?<xd 必须设置所设计的SLM透射函数。 D;js.ZF 8#f$rs(} 3. SLM的光学功能 )+Y&4Qu f\K#>u*
Q 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 qtzRCA!9(Z 为此,将区域填充因子设置为60%。 7GZq|M_:y 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 >o[|"oLO oJY[{-qW -7`-wu 7Dt"]o"+ ]k+m=OR{/ 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 2u:4$x8 C6@t +Me2U9 rsF:4G"% c> G@+ 4. 对比:光栅的光学功能 77Q}=80GU; 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)\vj5<~$ 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。 c8DZJSO 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)。 (5`T+pAsV 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。 .JAcPyK^ 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。 .3wY\W8Dr- LprM ;Q_
=!<G!^ SS8ocGX H(qm>h$bU 5. 有间隔SLM的光学功能 ^
KH>1!
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 xncwYOz 3Gd0E;3sk~ '29WscU oR %agvc^^ =nhzMU9c\y 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 b5 Q NEi (9GbG" M|%c(K#E,3 6. 减少计算工作量 ;<-7*}Dj Z?1OdoT-
K]"Kf{bx 采样要求: PqEAqP 至少1个点的间隔(每边)。 JR1*|u 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 J{~Rxa r_2btpL^ 采样要求: -g~~] K% 同样,至少1个点的间隔。 r95zP]T 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 UqtHxEI%R~ 随填充因子的增大,采样迅速增加。 S< x:t( _01Px a2. 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 =_QkH!vI 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 ~@fR[sg< 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 .#!mDlY; 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 rYGRz#:~+ ")M;+<c"l ~`Sle
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减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。 4}-#mBV]/ 7. 指定区域填充因子的仿真 &jm[4'$
*z =Ahw%`/&}] 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。 C EqZ:c 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。 0Hcbkep9D 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 2
sSwDF 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)。 E1W:hGI ]^@0+! e&3#2_ 8. 总结 2Xgx*'t\ 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 mo9$NGM&} RWikJ 第1步
Ae3,^ 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 QS\
x{<e/ Taasi`
k 第2步 }ywi"k4> 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 AZwa4n}" 扩展阅读 RgGA$HN/ 扩展阅读 rzV"Dm$' 开始视频 z%};X$V`J - 光路图介绍 F5IZ"Itu(
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