空间光调制器像素处光衍射的仿真
4O1[D?)`x 应用示例简述 ]J)3y+;P m|%ly 1. 系统细节 A.>L>uR 光源 ['#3GJz- — 高斯光束 rc ()Eo50 组件 \`N<0COP — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 (n
{,R 探测器 ~Jlo> — 视觉感知的仿真 `zjbyY — 电磁场分布 #}|g8gh 建模/设计 qdY*y&}"J — 场追迹: >xK!J?!K 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。 /KLs+^c5 \$[;
d:9j 2. 系统说明 n7*.zI]%& d@#wK~I FdFN4{<QZ 3. 模拟 & 设计结果 pon0!\ZT= X$(Dem 4. 总结 H){lXR/#u ZCuLgCP?Z 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4y|%Oj u{d\3-]/ 第1步 Mlm dfO%Y 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 jt,dr3|/n ),;O3:n 第2步 ccm(r~lhJ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 F* h\ #? \\{+t<?J 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 j]5mzz~ O=2SDuBZ 应用示例详细内容 E
whCX'Vaj +:jx{*}jo 系统参数 C<u<:4^H GiGXV @dq 1. 该应用实例的内容 [zMnlO nBo?r}t4 |z%:{ 2. 设计&仿真任务 GRq0nhJ D/x!`&.sN 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 uFl19 1xsIM'& 3. 参数:输入近乎平行的激光束 GO<,zOqvU C]'ru lS!uL9t. 4. 参数:SLM像素阵列 h-+GS% z [9f /CfgxPo 5. 参数:SLM像素阵列 'j27.Ry. "2
"gTS /ij)[WK@ 应用示例详细内容 *Tyr I`-N]sf^ 仿真&结果 \#O}K tQSJ"Q 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM B;=-h(E}vJ 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 kD.KZV 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 &U7INUL YOE!+MiO 2. VirtualLab的SLM模块 6L}}3b h 7 S6@[-E `j)S7KN 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 !eE;MaS> 必须设置所设计的SLM透射函数。 ~8l(,N0 (]gd$BgD 3. SLM的光学功能 %ok??_}$}q x_VD9 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 eF=cMC 为此,将区域填充因子设置为60%。 u zgQ_ 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。 s.]<r5v7 8DLj?M>N RF$2p4=[ vA"MTncv _'Rzu'$` 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。 [3|&!:4g6 (RBzpAiH x4=Sm0Ro|V b;k3B7< PqDffZ^z 4. 对比:光栅的光学功能 B3C%**~:e 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。 R;l;;dC= 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。 R&MdwTa 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)。 bbe$6x wi 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 1r?hRJ:' 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 ]/ffA|"U` XV %DhR= U_[<,JE }"x#uG dgp1 B\ 5. 有间隔SLM的光学功能 d.3cd40Q 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 o!@}&DE|*L (<KFA, 'nRoa7v( {a9(
Qi ~;S 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 -g\ ;B 0aM&+j\q} a2%xW_e 6. 减少计算工作量 BL[N wSd|-e
A29R5 采样要求: 1Wr,E#+C 至少1个点的间隔(每边)。 &m=73RN 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 !fmbm4!a
KBOp}MEz 采样要求: *YO^+]nmY 同样,至少1个点的间隔。 a${<~M
hm 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 slTE. 随填充因子的增大,采样迅速增加。 aDZ,9} 'B\7P*L"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。 Q&]f9j_ 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。 ,N1pw w? 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)。 "5204I 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 l
>~Rzw KM"BHaSkF ,_TE@]!$ D-FT3Culw
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。 >n3ig~0d 7. 指定区域填充因子的仿真 $zM \Jd 8<Pi}RH 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 Rl&nR$# 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。 zZ,"HY=jN 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 A4g,) 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\JvPTC =h xyR; orOq5?3 8. 总结 aLl=L_ 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *j(UAVp
//0Y#" 第1步 CaV@<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。 `=S%!akj Z;S)GUG^ 第2步 d3\KUR^ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 YYL3a=;`a 扩展阅读 c/^l2CJ0 扩展阅读 <Sr:pm 开始视频 $4*gi& - 光路图介绍 Ii#+JY0k
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