空间光调制器像素处光衍射的仿真
a"gZw9m@ 应用示例简述 v7x%V%K NO5\|.,Z 1. 系统细节 1sgI,5liUs 光源 Nv!If$d — 高斯光束 9<BC6M_/ 组件 *#p}>\Y{ — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 (Tt\6- 探测器 W8{g<.
/ — 视觉感知的仿真 Fd!Np7xw — 电磁场分布 (/TYET_H 建模/设计 [@YeQ{ — 场追迹: M?m Pi 3 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 W]b>k lp; PhTMXv<cE 2. 系统说明 <4r3ZV;' *HiN:30DZ jroR2* 3. 模拟 & 设计结果 z2'3P{#s ,*_=w^;Rr 4. 总结 /dGpac LsB|}_j7 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 GH ]c u7 s- 第1步 |6@s6]%X} 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 PM]|S` w)}' {]P"c 第2步 &c[.&L,w4 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Egy#_ RT{ JmlMfMpXMs 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 xZbiEDU QX`Qnk|Y 应用示例详细内容 'Lm\ r+$F O^/z7, 系统参数 C8dC_9 g~ubivl2 1. 该应用实例的内容 +%E)]*Ym Klr+\R@(n \PU7,*2 2. 设计&仿真任务 E}-Y!,v^ D1G9^7:^E 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。 'P'f`;'_DC s}w?Dvo \ 3. 参数:输入近乎平行的激光束 z[vHMJ
0 3UXaA; ^:hI bF4G 4. 参数:SLM像素阵列 \tCxz(vKz y6#AL<W@= N$&)gI:
5. 参数:SLM像素阵列 8&q[jxI@8 PCqE9B)l 'tJb(X!]q 应用示例详细内容 kH4xP3. i
o57r ,`N 仿真&结果 /9QC$Z):< )#%v1rR 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM d@b" ~r} 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)。 p)&Yr 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。 ~7;AV(\%e a8w/#!^34 2. VirtualLab的SLM模块 1r9.JS 7cMHzhk^ ;rj|> 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Bjc<d,]
必须设置所设计的SLM透射函数。 h85kQ^% 'lWgHmE 3. SLM的光学功能 1#Q~aY j3t,Cx 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 GS)4,. 为此,将区域填充因子设置为60%。 ORDVyb_x 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。 fk5$z0 / Fo.p}j+> br3r!Vuz/- hI6Tp>b*~ qmy3pnL 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 )&px[Dbx +3d.JQoKl jt?DogYx qK-\`m !+o`,K TYp 4. 对比:光栅的光学功能 [sc4ULS & 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 nhImO@Q: 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 VKb=)v[K 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 :jHDeF.A 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 'UFPQ 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 .~AQxsGH Va-.
H"b}lf 7=`_UqCV 0J z|BE3Y 5. 有间隔SLM的光学功能 x%J.$o[<_ 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。 {oVoN>gp }}X<e ]w/%> _t-e.2a
v ozUsp[W> 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 OhW o c`s ]ciC
%G> 6. 减少计算工作量 Aa!#=V1d =u<jxV9
L)QAI5o:3 采样要求: LB\+*P6QM 至少1个点的间隔(每边)。 %pUA$oUt 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。 &s~b1Va neBcS[ 采样要求: =2OLyZDI 同样,至少1个点的间隔。 b{(= C
3 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 ,cFBLj(@ 随填充因子的增大,采样迅速增加。 I~T~!^}U zW:r7
P. 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。 s<'WTgy1i 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。 t2hI^J0y 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)。 i-M<_62c 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 Sej(jJX1 qk_YFR?R LA4,o@V` p"|0PlW
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。 |0$7{nQ 7. 指定区域填充因子的仿真 u!TMt8+c /7&WFCc)( 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。 xY@< |