空间光调制器像素处光衍射的仿真
u>[hLXuB 应用示例简述 J1Oe`my mw~$;64;a 1. 系统细节 ;2'/rEq4o 光源 K'b #}N\ — 高斯光束 \hZye20 组件 5wbR}`8 — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 %APeQy"6#^ 探测器 dI~{0)s — 视觉感知的仿真 T5>'q;jM — 电磁场分布 =Iy khrS 建模/设计 ,9~qLQ0O — 场追迹: `ex>q 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 M~5Ja0N~ j0A9;AP;;C 2. 系统说明 B } :nxBM#:xu kD#hfYs)i 3. 模拟 & 设计结果 AIt;~x =[YjIWr#o 4. 总结 +}Qq#^:_\ ]".SW5b_ 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0"koZd,c kw5`KfG9 第1步 8 G:f[\^ 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 Pk)H(, (gF{S*` 第2步 gS.,V!#t 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 T49^ y#-~L-J_R 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ;
e)vk| 7-4S'rq+ 应用示例详细内容 r%xf=}; G>S3? jGk 系统参数 Tr"Bz! m&+V@H 1. 该应用实例的内容 NkYC( ;g hus k\ \04(V'`U 2. 设计&仿真任务 I0} G,
q @hOT<
Uo 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 D[<~^R;* +lw*/\7 3. 参数:输入近乎平行的激光束 ]w~ECP(ap eOs 4c` mEq>{l: 4. 参数:SLM像素阵列 xs$.EY:k yrFl,/8&G YguY5z 5. 参数:SLM像素阵列 `f\+aD'u I4MZJAYk / e]R0NI 应用示例详细内容 \>c1Z5H> @~`:sa+H 仿真&结果 (\CH;c-@ PQ(/1v 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM h?-M+Ac 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)。 /H :Bu 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。 /9SNXjfbt aHBM9 %gV 2. VirtualLab的SLM模块 gCv[AIE_m .'=-@W* |jyD@Q,4 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 %QFeQ(b/( 必须设置所设计的SLM透射函数。 n[ R/kfbV-b 3. SLM的光学功能 la89>pF aIklAj)= 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 drh,=M\F 为此,将区域填充因子设置为60%。 s|-g) 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。 b%|6y Wo<kKkx2 R6qC0@* 9DaoMOPEI \\$wg 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。 0{sYD*gK] uAv'%/ >on' y+ Zie t-@} gbN@EJ 4. 对比:光栅的光学功能 og8"#% 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。 [OQ+&\ 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。 Rmh u"N/q 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)。 +M.!_2t$2 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 7:X@lmBz= 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 !k=~a] <x\I*%(
onF?;>[ wPH1g*U x*0mmlCb 5. 有间隔SLM的光学功能 8 qwOZ
d 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 .:2=VLuj U l&6+ykQ G?v]|wdI D]WU,a[$Bc eLyaTOZadu 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 y<n<uZ; @-Ln* 3n &-4SA j 6. 减少计算工作量 99&PY[f:{ Rb_+C
I>45xVA 采样要求: mY/x|)MmM 至少1个点的间隔(每边)。 IC@-`S#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。 ;Ak 6*Sr ~{BR~\D 采样要求: Dv-ubki 同样,至少1个点的间隔。 b'TkYa^ 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 >}>cJh6 随填充因子的增大,采样迅速增加。 Xsv^GmP+ * AjJf)o 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。 hPgDK.R' 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。 $Qq5Fx9kU 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 ~Is-^k)y 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 * 2s(TW ^%2S,3*0 6yPh0n (X}Q'm$n\h
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。 h6C:`0o 7. 指定区域填充因子的仿真 Y lEV@ /d]{ #,k 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。 Q>[GD(8k 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。 o9L$B 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 oEnCe 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 0FEn& \2< L$<(HQQJ8 +5IC-=ZB 8. 总结 !L\P.FP7b 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 C4/p5J %<Te&6NU' 第1步 u!K5jqP 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。 GJIM^ a gM I$ 第2步 tA6x 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 pxi/ ]6pw 扩展阅读 ql
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u 扩展阅读 n8vteGQ 开始视频 @F%_{6h - 光路图介绍 !xo; $4
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