空间光调制器像素处光衍射的仿真
z]KJ4 应用示例简述 X(BX+)YR )!U@:x\K 1. 系统细节 i6$HwRZm# 光源 *3]2vq — 高斯光束 ~0[(-4MA 组件 |~#A?mK- — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 `PUxR8y 探测器 T]/5aA4 — 视觉感知的仿真 +
)z5ai0m — 电磁场分布 =M}tet
} 建模/设计 n^b CrvD — 场追迹: K#'$_0. 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。 'nq~1 >i +o'xyR'( 2. 系统说明 A@Lr(L Qv
g_|~n ? JTTl; 3. 模拟 & 设计结果 'p78^4'PL :I2, 4. 总结 Bp@\p)P( f*ABIm 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 eo@8?>}{X .C&kWM&j 第1步 'Z:wEt! 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。 R*D5n>~ *&\6x}.I4 第2步 w{u,YM(Q 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 `.dwG3R kr@!j@j$ 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ;(jL`L F @t@B(1T 应用示例详细内容 )_OGt [_H XR3 dG: 系统参数 Q2)(tB= ) 9[teG5wAa 1. 该应用实例的内容 +IWf~|s .t8hTlV?<B }s:3_9mE 2. 设计&仿真任务 wjZ Q.T! ,G- 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。 XA(.O|VZ |z"$^|@d? 3. 参数:输入近乎平行的激光束 N{ $?u z@o6[g/*Q %#PWD7a\ 4. 参数:SLM像素阵列 /hmDePo} l'M/et{: xK)<763q> 5. 参数:SLM像素阵列 A.@wGy4 $Ff6nc= -QR]BD%J*[ 应用示例详细内容 n~BQq-1 _Pa@%/ 仿真&结果 if*~cPnN 8DMqjt3B 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM &j ;91wEn 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 _L` uCjA 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 :Ny[?jtc ;DhAw 1 2. VirtualLab的SLM模块 ->o[ S0 tC oE4Ed V6_5v+n 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 `HnZ{PKf 必须设置所设计的SLM透射函数。 WNb2"W n/ :#: 3. SLM的光学功能 {Rb;1 eYj t#8QyN 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 I<,~>'cq. 为此,将区域填充因子设置为60%。 I Z*) 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 -!mtLaLw Y~Vc|zM^( [u=yl0f 2<h~:
L +-SO}P 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 zHg=K / "w0~f6o ?b'(39fj b/JjA iPY)Ew`Im 4. 对比:光栅的光学功能 Q9h=1G\K 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 rZ5xQ#IA 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 0u&x%c 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 @%*@Rar 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 2A =Y 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 TuPD5-wB& yi Xb<g+B
R]Z#VnL@qz S!x;w7j 1JdMw$H 5. 有间隔SLM的光学功能 cTn(Tv9s 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。 UWhHzLcXh 6I=xjgwvf |+JO]J#bc J7oj@Or9 5D?{dA:Rq 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 ]Ol
w6W?% v$x)$/]n 7J`v# 6. 减少计算工作量 xhCQRw -^t.eZ*|
hVT>HER 采样要求: zFipuG02 至少1个点的间隔(每边)。 5 8L@:>" 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。 _*[vKS A& UY,u-E" 采样要求: xaB#GdD 同样,至少1个点的间隔。 7bE`P[ 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 ]5:[6;wS 随填充因子的增大,采样迅速增加。 @MFEBc} $sb@*K}:4 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 >Wx9a"H^( 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 'qo(GGC M 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 n ~ &ssFC 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 d!Ws-kzE &z*4Uij *%_M?^ `WxGU
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。 mr_NArF 7. 指定区域填充因子的仿真 WLh!L='{BK 8@rF~^-_ 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。
]SL+ZT 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 s(s_v ?k 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 9^ C6ZgNS 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 p14$XV :
4lR`% @n9iOf~< 8. 总结 +]yVSns
3 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 [xGL0Z%)t <; Td8O89_ 第1步 dvY3=~' 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。 I{H!KrM! kf~>%tES] 第2步 jE5=e</ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 V1G5Kph 扩展阅读 6"rS?>W/mO 扩展阅读 ov\%*z2= 开始视频 Sn.I{~ - 光路图介绍 QZO<'q`L
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