空间光调制器像素处光衍射的仿真
?U=mcdqd 应用示例简述 /nwxuy :{x!g6bK@ 1. 系统细节 $#D
n 4 光源 ZBPd(;"x+ — 高斯光束 2-QuT"Gkd 组件 *Rz!i m| — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 5aa}FdUq 探测器
b$PT_!d — 视觉感知的仿真 7sCR!0 — 电磁场分布 &~z+ R="= 建模/设计 L00Sp#$\ — 场追迹: ]6jHIk| 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 )Uc$t${en ?a*fy}A| 2. 系统说明 7YoofI .i1jFwOd|G 5`(((_Um+ 3. 模拟 & 设计结果 U+(Z#b(Q [c,|Lw4 4. 总结 <)r,CiS A9NOeE 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 H(
v(i1Z}*b 第1步 SH .9!lQv 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。
JsZAP 7qCJ]%)b6 第2步 &*Q|d*CP 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 WZfk}To1# md1EJ1\14 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 W@R$'r,@O rD:gN%B= 应用示例详细内容 _lP4ez
Y "`gf y 系统参数 0IoXDx K,`).YK 1. 该应用实例的内容 R[mH35D/ L,s|gtv z^gDbXS 2. 设计&仿真任务 ?^+#pcX]t| ">0/>>Ry 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。 z&>9
s)^- tJ(c<:zD 3. 参数:输入近乎平行的激光束 xiOv$.@q 8:3oH!n @&nx;K6h 4. 参数:SLM像素阵列 .FfwY 'V =)"NE> |r)>bY7 5. 参数:SLM像素阵列 3{N p 9y. .N2nJ/ k1QpX@ 应用示例详细内容 qv
;1$ !`O_VV`/@ 仿真&结果 ihpz}g 3iwoMrp 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM #cSw"A 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)。 zm;*:]S 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。 ?<>,XyY &vJ(P!2f< 2. VirtualLab的SLM模块 [9YlLL@ dw{#|| D@sx`H( 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 34++Rr [G 必须设置所设计的SLM透射函数。 cpr{b8Xb8& ,J`lr
U0 3. SLM的光学功能 LX(iuf+l ~vjr;a(B 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 V,|Bzcz 为此,将区域填充因子设置为60%。 `a/PIc" 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。 kMJQeo79 }Uqa8& MQbNWUi }v'PY/d. Eezlx9b 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。 }LHT#{+x k^'d@1z;C <x>k3bD N18diP[C .JD4gF2N 4. 对比:光栅的光学功能 E{+c*sz 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。 `DWi4y7 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。 O0=,&=i 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)。 **w*hd] 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。 DO1N`7@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。 q.,p6D r:8]\RU
6b+ WlIb p0y0T|H^
;f ;*Q>! 5. 有间隔SLM的光学功能 KHc/x8^9 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。 ;*37ta g.`t!6Hc &=6cz$]z B;D:9K 23u1nU[0 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 #by9D&QP] r3BDq wTMHoU*> 6. 减少计算工作量 MRVz:g\mi asmW
W8lz
Z.Y;[Y
采样要求: xJH9qc ME 至少1个点的间隔(每边)。 }JpslY*aS 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 G
&rYz GHgEbiY: 采样要求: xn x1`|1u 同样,至少1个点的间隔。 cJ(zidf_$ 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 hO<w]jV, 随填充因子的增大,采样迅速增加。 XB!`*vZ/< =
"hY{RUa 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。 eI=Y~jy 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。 7L~ zI>2 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)。 +'&_V011< 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 T>uWf#&pjs fFTvf0j GZhfA ;O, XpAq=p0;
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。
VjB`~ 7. 指定区域填充因子的仿真 {+UNjKQC 3W0E6H" 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。 (.XDf3 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。 +q_lYGTiO 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 6L6~IXL> 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)。 w<F;&';@h cmGj0YUQ1 MCrO]N($b 8. 总结 tU2t oV 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 vL=--# 8,H5G` 第1步 KutgW#+40 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 3_eml\CY A7,$y!D 第2步 `@.s!L(V 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 V8U`%/`N 扩展阅读 /%q9hI 扩展阅读 ~
GT\RAj[ 开始视频 ^(m6g &$( - 光路图介绍 <iprPk
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