空间光调制器像素处光衍射的仿真
N0h"EV[ 应用示例简述 9~DoF]TM 2jf-vWV_ 1. 系统细节 ?w1_.m|8u 光源 !ec\8Tj — 高斯光束 wxARD3% 组件 l
tr=_ — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 `!HGM> 探测器 *Wv]DV=\ — 视觉感知的仿真 >De\2gbJ — 电磁场分布 o_p//S#q 建模/设计 e@s+]a8D-k — 场追迹: I.j`h2 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。 gM20n^ C_?L$3 U0 2. 系统说明 EN()dCQHr '8~7Ru\KyX $!Z6?+ 3. 模拟 & 设计结果 ehI*cf({ \pB"R$YZ6 4. 总结 %-|Po:6 X&h4A4#P 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *KF: 59O;`y0 第1步 q[Hxy 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。 VcT(n7 FGBPhH% (8 第2步 u#?K/sU 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 y@'8vOh` 5UR$Pn2a2 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 <0vQHND,3 }-k<>~FA 应用示例详细内容 <DiD8")4 /yyed{q 系统参数 [kgT"?w= ePK^v_vBD 1. 该应用实例的内容 9]BpP0f\ IP$^)t[ too=+'<N</ 2. 设计&仿真任务 s
d>&6R^ XQ--8G 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。 ,:G.V ~N;.hU%l 3. 参数:输入近乎平行的激光束 Ttb@98 vY<(3[pp CN\SxK`, 4. 参数:SLM像素阵列 s%>>E!Qi_ eP|:b & b~ 5. 参数:SLM像素阵列 B cd6~ EYd`qk3 97e fWYj
应用示例详细内容 [ECSJc&i <g5Btwo% 仿真&结果 @3c5" xIf,1g@Cq9 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Axhe9!Fm 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)。 b[?6/#N 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。 X{o.mN s<H0ka@ 2. VirtualLab的SLM模块 )?joF) p@/!+$^{ ^.&uYF& 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 5Jd&3pO 必须设置所设计的SLM透射函数。 6*gMG3 "2}04b|" 3. SLM的光学功能 rJ]iJ0[I v2G_p|+O 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 *TVr|
to 为此,将区域填充因子设置为60%。 C,hs!v6 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 K_bF)6" k/=J<?h0 1Z6<W~,1OM *L%HH@] %_
1Wtr_A 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 ]8*g% _W/s=pCh a[]=*(AZI *oL?R2#7 di>"\On- 4. 对比:光栅的光学功能 ?P,z^ 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 T|Sz~nO}f 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 >B U0B 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 Mi,yg=V 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 nZ>qM]">u 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 2aX|E4F iUFS1SN \
IkFrzw p Bab`wfUve fAm^-uq[ 5. 有间隔SLM的光学功能 SGre[+m~m 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 O;9u1,%w I!dA{INN ;"-(QE?Mv _d76jmujJ 0=# :x()e 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 fPZt*A__ U748$%}] v{Al>v}}n 6. 减少计算工作量 *9y)B|P^ I?uU}NK
I;<0v@ 采样要求: s]50Y-C 至少1个点的间隔(每边)。 !?Gt5$f 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。 G|Rsj{2' z85%2Apd 采样要求: m~'! 同样,至少1个点的间隔。 KV9'ew+M 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 bGOOC?[UX 随填充因子的增大,采样迅速增加。 @X+m,u
]W~\%`#8? 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。 '#!nK O2< 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。 :m]~o3KRy 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)。 7DDd1"jE 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 U(P^-J<n1 6=U81 NY
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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。 Ok2KTsVl 7. 指定区域填充因子的仿真 GK.^Gd pYf57u 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。 :7UC=GKQk 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。 Yz]c'M@ 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ADK)p? 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)。
rR]U Ff Z^E>)!t 1AQVj]#S 8. 总结 mivb}cKM 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <}t~^E, FlGU1%]m 第1步 6D|[3rXr 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。 3}dTbr4y WJWi'|C4 第2步 .7&V@A7 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 s|F}Abx,^ 扩展阅读
E@ J/_l; 扩展阅读 bCMo8Xh 开始视频 5;'(^z-bL - 光路图介绍 DmU,}]#:
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