空间光调制器像素处光衍射的仿真
Id3i qAL 应用示例简述 }r:H7&|& W$=MuF7R 1. 系统细节 I_s4Pf[l 光源 1PLxc)LsG — 高斯光束 *I7$\0Q 组件 .0^-a=/ — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 uY+N163i 探测器 A<esMDX — 视觉感知的仿真 p3Uus''V4 — 电磁场分布 B\BxF6 y 建模/设计 $ftcYBZa — 场追迹: gZQ,br* 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 _&s37A&\ b=<xzvy 2. 系统说明 umV5Y` |Rk$u NsYeg&>` 3. 模拟 & 设计结果 zRDBl02v$T _bp9UJ 4. 总结 NQCJ '%L6 |ho|Kl `= 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ao>`[- m:@-]U@6 第1步 -s
Iji)t 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 VY }?Nb<& _\M:h+^ 第2步 1RC(T{\x 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,#Y>nP0 |1vikG8 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 )sg@HFhY' Qx,jUL#2 应用示例详细内容 }Xv2I$J +/ ,J$( 系统参数 p]z
* Aa^%_5 1. 该应用实例的内容 @ %LrpD 4?GW]'d 78't"2> 2. 设计&仿真任务 ;Js-27_0 k!Y7Rc{" 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 0&!,+ `4V_I%lJ& 3. 参数:输入近乎平行的激光束 P~Cx#`#(V pUV3n
1{2 Zi$v- b*< 4. 参数:SLM像素阵列 U2 0@B`< E;7vGGf] A8bDg:G1i 5. 参数:SLM像素阵列 S+LE ASOr gp
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Xq<NG 应用示例详细内容 8.9TWsZ 9/N=7<$ 仿真&结果 }F'B!8n A|!u`^p 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 'urn5[i 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)。 Y_qRW. k 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。
G:TM k4 'xO5Le(=M 2. VirtualLab的SLM模块 8 /3`rEW 24u;'i-y5 X"yjsk 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 >cm*_26;I 必须设置所设计的SLM透射函数。 qi!Nv$e 7}+U;0,) 3. SLM的光学功能 Sl@$ zqqu7.` 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 o' U:: 为此,将区域填充因子设置为60%。 ~V,~'W 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。 +k=BD s i}C9 2u0C~s i|zs
Li/ |TCHPKN 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。 *`
}Rt N5$IVz} q'u^v PO 0<3)K[m~H {%Mt-Gm'd 4. 对比:光栅的光学功能 >l|ao&z>bm 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 !)1r{u 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 p$r=jF& 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)。 O5^!\j.WR 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。 MXy~kb& 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。 qY^OO~[ @=@7Uu-
;|(_;d {.vU; FjUf| 5. 有间隔SLM的光学功能 v[S>
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。 t[L0kF9en Jzqv6A3G !U}dYB:O XE/K|o^Hp xiv1y4(% 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 1: cD\ 1+P&O4> +4<Ij/}p 6. 减少计算工作量 7m{YWR0 "?_r?~sJx
rlQ4+~ 采样要求: 3v oas 至少1个点的间隔(每边)。 J<[Hw g 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。 xMck A<E lRIS&9vA3 采样要求: |&O7F;/_ 同样,至少1个点的间隔。 5W
UM"eBwL 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 Wn p\yx` 随填充因子的增大,采样迅速增加。 G}MJWf Hl y81B3`@ 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。 xPuuG{Sm 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。 GqYE=Q 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)。 a!n |/9
6 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 JIw=Bs /hx|KC&:e q6xm#Fd'. Het5{Yb.
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。 s<}d)L( 7. 指定区域填充因子的仿真 FZUN*5` u0Nag=cU 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。 WH@CH4WM 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。 _[eAA4h 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 -Fl;;jeX 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)。 Rn"Raq7Cn* a{oG[e m2j&v$ 8. 总结 9_~[ 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 O@[jNs)]. L?WF[nFR 第1步 u{Z
4M3U 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。 j,HUk,e^& >?pWbL 第2步 '+@q 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 L<GF1I) 扩展阅读 o~
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