空间光调制器像素处光衍射的仿真
]7VK&YfN 应用示例简述 d9^=#ot 9Q.j
< 1. 系统细节 SjJUhTb 光源 ~P/G^cV3s — 高斯光束 b#y}VY)? 组件 qh&K{r*T — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 5o72X k 探测器 []Fy[G.)H — 视觉感知的仿真 R-h7c!ko — 电磁场分布 3 $kZu 建模/设计 'rF TtT
— 场追迹: L`Ic0}|lzy 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 @eMyq1ZU e1IuobT 2. 系统说明 *Z0}0<
D@Z 5$#<z1M.& UG!&n@R 3. 模拟 & 设计结果 >N3{*W AVJF[t , 4. 总结 pTN_6=Y" ^{Vm,nAQqs 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 stDn{x. )l"0:1I g 第1步 x``!t>)O 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。 y%GV9 L{Th>]X 第2步 m2}&5vD8- 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 *PI3L/* tT
v@8f 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 m:^@AR1%d IR>Kka(B 应用示例详细内容 iKK=A.g K)v(Z" 系统参数 <AIsNqr XmnqZWB 1. 该应用实例的内容 0hv[Ff ?y
'.sQ jsG9{/Ov3 2. 设计&仿真任务 %z2nas$$g ^g0 Ig2' 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。 j[HKC0C6 !of7]s 3. 参数:输入近乎平行的激光束 f*I5m= J\%:jg( m e,x@?L* 4. 参数:SLM像素阵列 0N}5sF &p%,+| {NFeX'5bP 5. 参数:SLM像素阵列 3}+/\:q* H z6H,h (r|T&'yK 应用示例详细内容 =MXF`k^} :.~a[\C@V< 仿真&结果 s=$ 7lYX p"JSYF
9] 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM P]TT 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)。 0{,zE 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。 }/LYI XX F9oy8 2. VirtualLab的SLM模块 4 hj2rK'y 0L1P'*LRU Y}Dp{ 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。
Ntqc=z 必须设置所设计的SLM透射函数。 \w:u&6,0O j\vK`.z 3. SLM的光学功能 ^AM_A>HnG l=oVC6C 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 EK'&S=] 为此,将区域填充因子设置为60%。 e%P;Jj476 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。 7mjj% WNx^Rg"
>' bXfOZFzq) `%Ghtm * @v'D9 ? 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。 zbR.Lb xo%iL )k1,oUx w?*KO?K <8bO1t^* 4. 对比:光栅的光学功能 2mO#vTX4 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。 D6]$P%t9 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 iF0a 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 ~Qsj)9 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 +E:(-$"R 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。 q+z\Y? {q)B@#p
:2My|3H\ e^GW[lT OT[m
g4& 5. 有间隔SLM的光学功能 J*Hn/m 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。 _HK&KY VB\6SG ##@#:B ) T1oDk "6dbRo5% 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 kn"x[{d /RC!Yi |BkY"F7m9 6. 减少计算工作量 h n|E< T/;hIX:R
<`3(i\-X 采样要求: C6M/$_l&a 至少1个点的间隔(每边)。 b1u'ukDP\ 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。
D.o|($S0 orHD3T%& 采样要求: Y/66`&,{ 同样,至少1个点的间隔。 cv4M[]U~ 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 \Ji2uGT 随填充因子的增大,采样迅速增加。 1.H!A@ I0vnd7 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。 "V0:Lq 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。 )JQQ4D 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)。 A4FDR# 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 grdyiBSVn J\ +gd% PL$F;d PJ@ ,01
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。 8VmN?"5v 7. 指定区域填充因子的仿真 t)Q@sKT6 .b`P! 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 bDS1'Ce 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 Z{4aGp* 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 +i#sS19h 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 >Ro n+
oe Q|KD/s?? XHM"agrhSQ 8. 总结 Q3%#
o+R> 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 6xIYg ^ r_,m\'~s! 第1步 Yb3f]4EH 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 .0E4c8R\X 0,$-)SkT 第2步 ]MLLr'6? 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 !b->u_ 扩展阅读
tW:/R@@ 扩展阅读 wv.Ulrpx. 开始视频 6q[!X0u - 光路图介绍 h_chZB'
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