空间光调制器像素处光衍射的仿真
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jX5}@`z 应用示例简述 $RC)e7 olHmRJ 1. 系统细节 X
VH(zJ 光源 {?cF2K# — 高斯光束 @6;ZP1 组件 #z*,-EV| — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 QPFv]^s( 探测器 rNke&z:%X_ — 视觉感知的仿真 \mt Y_O — 电磁场分布 !Ap*PL 建模/设计 E;k$ICOXA — 场追迹: :"i2`y;u 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。 :[C|3KKe" mZnsr@KF 2. 系统说明 ?2gXF0+~Y2 \z@:OR, P+e {,~o 3. 模拟 & 设计结果 :pvVm> 8&1xb@Nc7 4. 总结 fQw=z$ G}dq
ft5" 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 #,"[sag 3n_t^= 第1步 (
~JtKSq% 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。 p~-)6)We? szOa yAS 第2步 T#Z#YM k 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 }n,LvA@[0 Nk$|nn9#' 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 + =U9<8 |b!Bb<5 应用示例详细内容 & TN.6Hm3 SEM-t 系统参数 Ga
<=Di): w[^lxq 1. 该应用实例的内容 2UBAk')O} =,s5>2 \MAv's4b@ 2. 设计&仿真任务 4Le{|B Izfq`zS+\s 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 #zb6 7mg~ [XP\WG>s 3. 参数:输入近乎平行的激光束 {JfL7% |A=~aQot E7<l^/<2S+ 4. 参数:SLM像素阵列 Ozsvsa ~UwqQD1p 8xoC9!xt 5. 参数:SLM像素阵列 }C
JK9*Z 4`?WdCW8 w)>/fG|; 应用示例详细内容 s}4k^NGFJ hu~XFRw15 仿真&结果 u*T#? W? iW[%|ddk 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM fz+dOIU3\L 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 +rDKx(Rk 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 2FN# 63 t+Qx-sW 2. VirtualLab的SLM模块 hdbm8C3 L~Xzo }~v0o#
I 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 T7(U6yN 必须设置所设计的SLM透射函数。 Z..s /K{ {w v{"*Q9Q 3. SLM的光学功能 aM\Ph&c7e' >PUT(yNL 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 uLt31G() 为此,将区域填充因子设置为60%。 \?$kpV 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。 f Qf5% t2FA|UF 6'.CW4L $N4i)>&T2 1L4v X 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。 @CA{uP; LiJ. / ca:Vdrw` f3mQd}<L <,&t}7M/: 4. 对比:光栅的光学功能 E$4Ik.k 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 W"D>>]$|u 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。 p<Vj<6.=? 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)。 X D\;| 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。 J+qcA} 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。 41i#w;ojI )24
1-b V
#D%l;Ae i(S}gH4*o zoau5t 5. 有间隔SLM的光学功能 ezhK[/E= 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。 :MF+`RpL KY9@2JG .:Zb~ gzp]hh@4 VW**N}1#C 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 Az6tu < \WM"VT s 5F?m 6. 减少计算工作量 X>eFGCz}I o_.`&Q6n
Gp1?drF6 采样要求: 7Dz-xM_? 至少1个点的间隔(每边)。 P5Pb2|\* 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。 =u.hHkx UQJ 采样要求: P?<G:]W 同样,至少1个点的间隔。 `q7X(x 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 knRs{1}Pw{ 随填充因子的增大,采样迅速增加。 dz)(~@tgz !InC8+be 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。 8LGNV&Edg 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。 ?Nl@K/ 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)。 o3oTu 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 uiaZ@ /Hyi/D{ W F7JF1HfCP ;Lk07+3G
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。 ev z@c)8 7. 指定区域填充因子的仿真 a7TvX{<d +?GsIp@>jh 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。 Jmun^Q/h 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。 = Tq\Ag: 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 Vv*](iM 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)。 BSyS
DM vFi+ExBU q4Y7 HE|ym 8. 总结 vm8ER,IW) 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 6Vu) mh,a}bX{ 第1步 x\K,@ 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。 [(Ihu e <!derr-K 第2步 G@o\D-$ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ]eo%eaA 扩展阅读 )^j62uv 扩展阅读 8l
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