空间光调制器像素处光衍射的仿真
H"V)dEm 应用示例简述 A6Wtzt2i OF(tCK 1. 系统细节 <+`}:
A 光源 lIatM@gU — 高斯光束 &!8u4*K5j 组件 fd1z
XK#Z2 — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 w 1O) 探测器 SYv5{bff = — 视觉感知的仿真 !R$t>X — 电磁场分布 SciEHI# 建模/设计 +]#pm9 — 场追迹: cvnRd.& 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 iM{aRFL @IBU{{ 2. 系统说明 EMS$?"K u|&a!tOf2 @p7*JLO 3. 模拟 & 设计结果 'A#l$pJp7 g
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4. 总结 a#P{ [ -;[,`g(f 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 H:L<gv(rG 6\/(TW& 第1步 U\tujK1 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 =a./HCF j1P#({z[ 第2步 ^Hv4t 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 JVNp= ikK ?(j:F2dU~ 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 -$kAWP8P4 O8w|!$Q. 应用示例详细内容 o[K,( %>k$'UWzK 系统参数 25jgM!QBXF Ceak8#|4 1. 该应用实例的内容 LD)P.
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u 2. 设计&仿真任务 EEO)b_( /%T d( 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。 %$SO9PY G8!* &vR/ 3. 参数:输入近乎平行的激光束 [cf!%3>53 .uu[MzMIu <Yy|.=6 D 4. 参数:SLM像素阵列 4BAG GD2 vTUhIFa{ "iTi+UZxe 5. 参数:SLM像素阵列 !%%(o%bi~ \ POQeZ H{j
jA+0 应用示例详细内容 6'1m3<G_ /%w3(e 仿真&结果 n|f Huv 0P_3% 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 2uM\?*T@ 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 eUE(vn# 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 &S+ooj V`XtGTx 2. VirtualLab的SLM模块 :LEC[</yvl H|*Ual @fG'X
为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 (S1Co&SX 必须设置所设计的SLM透射函数。 6E@qZvQ }:a:E~5y 3. SLM的光学功能 N.@@ebuE <mX EX`? 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 rGb<7b% 为此,将区域填充因子设置为60%。 mJ L=H 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 -{rUE + X(*MHBd 5|0} hO] vy>i; | )M>;q 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 XdxSi"+ W 2.Ap NANgV~Y& @X g5E !{%BfZX<& 4. 对比:光栅的光学功能 S{#L7S 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 Ek%mX" 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 A{Dy3tm= 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 Ny2. C?2 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 @m+2e C77 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 HS
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hWD%_"yhd ft><Ql3 {~cM 6W]f 5. 有间隔SLM的光学功能 zVyMmw\ 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 AMf{E qe<aJn j;SK{Oq ykat0iqo _-5| "oJ 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 5~GH*!h%; BOdd~f%&tn Zb}U 4 6. 减少计算工作量 !THa?U; 33z^Q`MTC
&.1qixXIr 采样要求: Jy?; < 至少1个点的间隔(每边)。 My<.^~ 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 uyDPWnYk 3}kG ]# 采样要求: 6%L#FSI 同样,至少1个点的间隔。 [D_s`'tg 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 o'J^kd` 随填充因子的增大,采样迅速增加。 92XG|CWX @|'$k{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。 i#bcjH 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。 ^ DCBL&I 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)。 "el}9OitC 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 r&3EM[*Iw fR>"d<;T ZgA+$}U)uW &t:~e" 5<
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。 7A"v:e 7. 指定区域填充因子的仿真 ^?5HagA lsA?|4`mn 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。 QERj`/g 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。 \c4D|7\= 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 9 iV_ 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)。 `G:I|=#w U(/8dCyyY U%)-_
*`z 8. 总结 {H3B1*Dk 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 kX%vTl7F Qo\?(EM 第1步 j:E3c\a 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。 {PKf]m
*I.eCMDa 第2步 46U*70 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 LK+67Y{25 扩展阅读 |eI!wgQx 扩展阅读 yT|44
D2j 开始视频 qs{wrem - 光路图介绍 G@P+M1c
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