空间光调制器像素处光衍射的仿真
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k 应用示例简述 4C^;lK JicAz1P1W 1. 系统细节 '~i}2e. 光源 l%*KBME — 高斯光束 @cPb*
组件 3vPb} — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 #q1Qa_LXc 探测器 >ir'v5 — 视觉感知的仿真 ~lMw*Qw^ — 电磁场分布 ~<Z;)e 建模/设计 @-bX[}. — 场追迹: D<$~bUkxR 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 t>|Y-i3cb h+Km | 2. 系统说明
R6~x! !%x8!;za e2Sm.H ' 3. 模拟 & 设计结果 Ed9ynJ~)X e{8z1t20: 4. 总结 !YL|R[nDH| 7''l\3mIn 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 9^h\vR|]S Z<ozANbk 第1步 J@Eqqyf" 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 5Jq~EB{" 24"Trg\WK[ 第2步 {4Y@DQ- 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 IlsXj`!e (Da/$S. 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ep .AW'+ (&0%![j& 应用示例详细内容 'M185wDdAl MB
:knj 系统参数 ;4tVFqR cc7*O 1. 该应用实例的内容 Yu-e|: C4],7"Sw EZaWEW 2. 设计&仿真任务 \y^ Od7F Zpg/T K 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。 xy$73K6 4>nY't;0 3. 参数:输入近乎平行的激光束 :S}!i?n m8eyAvi6 $A"kHS7T 4. 参数:SLM像素阵列 #pP4\n-~hU jW*|Mu>2 n"8vlNeW 5. 参数:SLM像素阵列 1o)@{x/pd /PG+ s6 /e :V44 应用示例详细内容 5G=<2; py.lGywb_ 仿真&结果 [2#5;') lY/{X]T.( 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM }#'wy 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)。 "OF4#a17 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。 |m7U^ $ysemDq-a\ 2. VirtualLab的SLM模块 T%~w~stW $X8(OS5d' `<!Nk^2ap 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 /y lO["<Q 必须设置所设计的SLM透射函数。 jY%&G#4 cHOtMPyQ 3. SLM的光学功能 ^T@ (`H4@ xgHR;USH 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 :;W[@DeO[ 为此,将区域填充因子设置为60%。 WZO8|hY 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 F8M&.TE_3
WV&T I Wcgh`8 l+!!S"=8)~ yG\^PD 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 D ]Q,~Y&' VZo[\sWf \MBbZB9@ bA}9He1 g^|}e? 4. 对比:光栅的光学功能 u(l[~r>8W; 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 C(zgBk 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 3/c3e{,! 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 BrF/-F 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 l?pF?({ 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 -4ry)isYx }5c%v1
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+ ]j> W9n? 5. 有间隔SLM的光学功能 !>QS746S@ 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 -n&g**\w ,Y *unk<S .4on7<-a ~hK7(K X`i'U7%I 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 xxjg)rVuy )_bc:6Q S_; 5mb+b 6. 减少计算工作量 Mo?eVtZ E;!pK9wL|
PL$*)#S"$ 采样要求: 7P1G^) 至少1个点的间隔(每边)。 y/=:F=H@w 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.n U\aP 采样要求: HYVSi3[ 同样,至少1个点的间隔。 U%%fKL=S 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 W0e+yIaR 随填充因子的增大,采样迅速增加。 %smQ`u| BGM5pc (ei 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。 PPoQNW 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。 \H<gKZquR 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)。 Q{%2Npvq 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 A/5??3H O-m=<Fk>
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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。 =5:L#` . 7. 指定区域填充因子的仿真 1B}q?8n #,dNhUV# 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。 F`!B!uY 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。 OAigq6[, 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 h>Z NPP8N 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)。 $ti*I;)h4 M)v\7a nW)-bAV< 8. 总结 ]U[y3 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Xjb 4dip ?O(@BT 第1步 MZYh44 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。 5zk<s`h TUE*mDRmP 第2步 9Z?P/
o 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 2_S%vA<L 扩展阅读 <//82j+px 扩展阅读 'iQ 开始视频 1D2Uomd( - 光路图介绍 DlC\sm
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