空间光调制器像素处光衍射的仿真
#u2PAZ@qd 应用示例简述 as\V,
{< /Pf7= P 1. 系统细节 ___+5r21\ 光源 hpw;w}m — 高斯光束 DdFVOs| 组件 +~[19'GH — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ,Qh4=+jwqn 探测器 =|G PSRQ — 视觉感知的仿真 }u|0 — 电磁场分布 A&t}s
#3 建模/设计 0umfC — 场追迹: h7Ma`w\- 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。 DSIa3!0 w}2yi#E[ 2. 系统说明 * dNMnZ@Y =Of#Ps) I/@Xr 3. 模拟 & 设计结果 ?c43cYb p~e6ah?1 4. 总结 R.RCa$ LXx3 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Su-+~`
" $MR{3- 第1步
*qR
tk 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 8EP^M~rv M1oCa,8M+ 第2步 *.K}`89T 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 S ":-5S6 h.8J6;36 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 BE m%x0y z24-hC 应用示例详细内容 &XZ>}^lD^ EoY570PN 系统参数 IYj-cm U}{r.MryFG 1. 该应用实例的内容 }LE/{]A +V0uHpm |E}N8\Gr 2. 设计&仿真任务 jy1*E3vQ !X,=RR`zT 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 )X7ZX#ttH zz$*upxK 3. 参数:输入近乎平行的激光束 3XA^{&} &-{4JSII apYf,"|9 4. 参数:SLM像素阵列 1ITa6vjS RLIugz{IH E.BMm/WH 5. 参数:SLM像素阵列 N8!B2uPQ AAs&wYp8Yh B,A/
-B\ 应用示例详细内容 3 =S.- dpE+[O_ 仿真&结果 S3n$ u''(;U[ 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ho0T$hB 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 Nlo*vu 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 <vPIC G) z
|t0mS$ 2. VirtualLab的SLM模块 Q#vur o he!e~5<@y V862(y 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 0Uybh.dC 必须设置所设计的SLM透射函数。 uODpIxN .lj\H 3. SLM的光学功能 K.1#cf
^' 6>KDK<5NQ 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 |KkVt]ZQe9 为此,将区域填充因子设置为60%。 Iunt!L 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。 @90) @(ev``L5g z*kn.sW B!9<c9/ P] NBLOcRSh 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。 yA6"8fr [P"#?7 N &"25a[x{B Wb^YqqE 0OlB; 4. 对比:光栅的光学功能 aP2 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。 Vw+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。 }yXa1#3 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)。 3"cAwU9 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。 I=.98v% 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。 )5p0fw L0Xb^vx}m
#Z8<H A5/Q:8b ^e)KEkh 5. 有间隔SLM的光学功能 St'3e< 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。 poQY X5 MdCEp1Z ~6E
`6;` Z^s&] qm8[ ^jO& 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 c:4i&|n : 3*(kb1)& {&G0jsA 6. 减少计算工作量 W}XDzR'< b,~6cDU
He~)i)co 采样要求: P**h\+M>{ 至少1个点的间隔(每边)。 11O^)_|c 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。 %Q]m6ciAM l3rr2t 采样要求: <mi*AY 同样,至少1个点的间隔。 vm
1vX; 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 |3QKxS0 随填充因子的增大,采样迅速增加。 eM{,B 0LeR#l:I 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。 Xw_AZ-|1D 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。 ~#pQWa5 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)。 bw&8"k>D? 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 [y&yy|*\ Hq ]f$Q6: hCuUX)>Bt M e_.X_
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。 !^:b?M 7. 指定区域填充因子的仿真 \mbm$E+X p gWBW9\ 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。 <My4 )3 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。 $!H;,Jxv 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 Lzm9Kh; 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 33:{IV;k o]u,<bM$ GHaD32 8. 总结 W+k SL{0 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 DQui7dr)l Psm5J80}n 第1步 )O;6S$z9Y 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。 Wl\.*^`k mu@He&w" 第2步 {(Jbgsxm 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ps[HvV" 扩展阅读 FN0)DN2d} 扩展阅读 # 3UrGom 开始视频 % 8u97f W - 光路图介绍 Gl;xd
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