空间光调制器像素处光衍射的仿真
2CO/K_Q 应用示例简述 eKvr1m- - d"9tP&
Q 1. 系统细节 5'I+%66?h$ 光源 Oh*~+/u}q — 高斯光束 oCaYmi=: 组件 #f2k*8"eAF — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 j)mU`b_ 探测器 jU j\<aW — 视觉感知的仿真 FnA Kfh( — 电磁场分布 MO8}i?u=z 建模/设计 2!J#XzR0W — 场追迹: fd&Fn=! 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。 sv%X8 %Hbq3U30 2. 系统说明 rMDvnF 9{jMO T>&
q8'lD 3. 模拟 & 设计结果
0Idek 't5ufAT 4. 总结 p|-MwCeH $v;WmYTJ 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0!\C@wnH gT+g@\u[ 第1步 j#5a&Z 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ?$f.[;mh &)1.z7T 第2步 >zW2w2O3 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 =6[.||9 F?Lt-a+ 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ~v;I>ij "[_j8,t` 应用示例详细内容 kw#X,hP _`udd)Y2 系统参数 V!He2< 5~[7|Y 1. 该应用实例的内容 f8:nKb>nq$ 5^g* !<p,G`r 2. 设计&仿真任务 ccag8LC zr.\7\v 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。 p3=Py7iz M}\h?s 3. 参数:输入近乎平行的激光束 Tz @=N] D "]S 8Sr' 4. 参数:SLM像素阵列 `}Zqmfs QoZV6 tAAMSb9[d 5. 参数:SLM像素阵列 Z}+}X| &u>dKf)5 #f2Ot<#- 应用示例详细内容 6gV*G '=_(fa, 仿真&结果 ybBmg'198 vjS`;^9 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM e(0OZ_ w 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)。 _Si=Jp][ 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。 s;VW
%e pe?)AiTZ: 2. VirtualLab的SLM模块 l_h:S`z. _,J+b R+b EF`}*7) 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 E-z5mX.2 必须设置所设计的SLM透射函数。 ~>CvZ7K N:lfKI 3. SLM的光学功能 _SBbd9 "-Q+!byh 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 k =! Q 为此,将区域填充因子设置为60%。 b84l`J 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。 P<PZ4hNx [dJ!JT/X{ (4YLUN&1O$ b$_81i e5'I W__ 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。 4aXIRu%#7 &QHJ%c I C !d72f8@9 |}=eY?iXo 4. 对比:光栅的光学功能 nR_Zrm 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。 z<%P" 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。 Kip&YB%rk 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)。 y[_k/.1 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。 $.`o
这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 h( | T. ?NMk|+
p<fCGU 2k.VTGak _T\ ~% 5. 有间隔SLM的光学功能 `ASDUgx Mq 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 '_c/CNs .+:iAnf :&BPKqKp y'2|E+*V '`jGr+K,wU 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 & zDuh[j} i'ap8Dr Ta?J;&<u]/ 6. 减少计算工作量 dFz"wvu` o <h#*wy:o2
V*?cMJ_G 采样要求: }*:3] 至少1个点的间隔(每边)。 ^j}C]cq{Xg 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。
)-2Nc7 ZM<6yj"f 采样要求: Hx.|5n,5 同样,至少1个点的间隔。 NUsxMhP 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 D3Q+K 随填充因子的增大,采样迅速增加。 zD{]3pg Ju+3} 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 }1#m+ (; 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 #UM,)bH 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 {nmG/dn{ 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 F-,gj{s [mtp-4* B!RfPk1B<* w'@gzK
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。 _(m72o0g>> 7. 指定区域填充因子的仿真 Y|tHU'x b<W\#3~G 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 Mq>
4! 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 @\by`3*Q 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ^to*ET{0 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 pCKP{c=6Q owNwj un "I 8. 总结 ^+(5[z 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 '?rR>$s Zmu 第1步 Nc+0_|, 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。 T<]{:\*n yy3rh(ea 第2步 Ca |}i+ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 SdH=1zBc 扩展阅读 =4_}. 扩展阅读 J*B-*6O44 开始视频 #0AyC.\ - 光路图介绍 <'\Nv._2a
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