空间光调制器像素处光衍射的仿真
MP\$_;&xB 应用示例简述 ;7"}I ngoo4}
1. 系统细节 W is_N3M 光源 >OVi{NyT — 高斯光束 .
KJEA# 组件 $\l7aA5~ — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 `y; s1nL 探测器 `#&pB0.y — 视觉感知的仿真 Ml` f+$ — 电磁场分布 !8^:19+ 建模/设计 N.OC _H& — 场追迹: & IVwm" 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。 jW5n^Y) (.,`<rXw 2. 系统说明 Jw'%[(q
Q l/,O9ur- D;.O# bS 3. 模拟 & 设计结果 O^v^GG=e;C @O#4duM4Qz 4. 总结 2Q`@lTUv QLYb>8?"C 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ;hi+.ng_ |?6r&bT 第1步 _Z'j%/-4@D 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。 Hzs]\%" 5inmFT?9Z 第2步 w4U]lg<}E 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 /NCEZ@2BN, 4Y5Q>2D} 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Z,/BPK<e v]|^.x: 应用示例详细内容 t6&6kl sXp>4MomV 系统参数 8FyJo.vr( }18}VjC! 1. 该应用实例的内容 6%Ap/zvCZ> 6>ZUx}vYj yC ZV:R; 2. 设计&仿真任务 xoI;s}*E U2z1HIs 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。 kxt@t# E+Z//)1Z 3. 参数:输入近乎平行的激光束 Jr
m<ut u9rlNmf$ .|XIF 4. 参数:SLM像素阵列 bFk >IifN g#qt<d}j `9rwu:3i 5. 参数:SLM像素阵列 .C(Ir laN:H mR8 ss'#sPX 应用示例详细内容 hXdc5 ?i? Iih~W& 仿真&结果 @'`!2[2'? v
0mc1g+9 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM P.mz$M 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 cmF&1o3_ 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 uc9t0]o=h o@j]yA.5) 2. VirtualLab的SLM模块 ^c3~CD5H
3 @ qWgokf FI++A` 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 3a #2 } 必须设置所设计的SLM透射函数。 FOiwB^$> nsFOtOdd 3. SLM的光学功能 IMLk{y%6 ,2T&33m
在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 lR[[]Yn 为此,将区域填充因子设置为60%。 -C]RFlV 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。 LcS\#p#s] s*{l}~fPkW 3jQy"9f tcyami6D4 Xh"JyDTj3 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。 OW1i{ TUoEk }}y$T(:l W1S7%6y_1 wYy=Tl-N 4. 对比:光栅的光学功能 k4jZu?\C] 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 !'uL 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 eS(\E0%QI 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 p2 u*{k{ 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 ZaJg$ 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。 ^6j: lL Iko1%GJ1Z
-Yx'qz@ _$%.F|: 'fO[f}oa_. 5. 有间隔SLM的光学功能 sFv68Ag+ 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 a^_\ #,} %suSZw` Oz(0$c SyFw m
"' 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 ("-Co,4ey ^`>,~$Q
d-Vttxa6 6. 减少计算工作量 ,:POo^!/fT xl [3*K
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%%n'xmm 采样要求: @9_H4V 至少1个点的间隔(每边)。 ssaEAm: 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 ZXV_Dc "SC }C 采样要求: +(n&>75 同样,至少1个点的间隔。 r
>bMx~a] 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 aphfzo 随填充因子的增大,采样迅速增加。 -7E)u q6DuLFatc* 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 278:5yC 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 "(bnr0 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。
UhKC:<% 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 Y,BzBUWK (jb9U k_t ]@E_Hx{S 8R?X$=$]!.
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。 $yxwB/ O( 7. 指定区域填充因子的仿真 cmG*" FW* k O 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。 LsaE-l 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。 }-YM>q 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ;
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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)。 %N5gQXg 4<%(Y-_sF $ 9bIUJ 8. 总结 2ZTz{|y 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 7#/->Y %siBCjvo= 第1步 |v,%!ps 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。 UuXq+HYR 2to~=/. 第2步 =' %r"_`} 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 t
Qo)* z 扩展阅读 aumWU{j= 扩展阅读 dH]0(aJ 开始视频 U\OfB'Dn - 光路图介绍 D{'>G@nLQ
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