空间光调制器像素处光衍射的仿真
T/3UF 应用示例简述 f`c z@ rYLNV!_ 1. 系统细节 OYKV* 光源 ]D%[GO//! — 高斯光束 j7W_%Yk|E 组件 l}wBthwCc — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 M}c_KFMV 探测器 @|^Ch+%@ — 视觉感知的仿真 OT [t
EqQ — 电磁场分布 &a0%7ea`.S 建模/设计 Z+}SM]m — 场追迹: ?G{fF
H 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。 wO"Q{oi+ nQ+{1 C 2. 系统说明 F 6Ol5 & #|vGhA k >MgrtJI 3. 模拟 & 设计结果 2c~^|@ jm?mO9p~ 4. 总结 m/ukH{H1% *iR`mZb 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 EKt-C_)U GwvxX&P 第1步 L{=z}QO 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(uN=r@O <(iOzn 第2步 #B?7{#.1 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 *dTw$T# O+yR+aXr'8 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 MhsG9q_% ep^0Cd/ 应用示例详细内容 rfZA21y{? (u_sz 系统参数 nYe}d! 7%<jZ= 1. 该应用实例的内容 f8j^a?d| H^s SHj 8}0
D? 2. 设计&仿真任务 &a:aW;^A7 gV7o
eZ5 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 :Y'nye3: g %Am[fb 3. 参数:输入近乎平行的激光束 EAI[J&c .3!4@l\9C zknD(%a 4. 参数:SLM像素阵列 *vb)d0}P I|M*yObl6 W)_B(;$] 5. 参数:SLM像素阵列 ^\I$tnY` Ac54VN pI!55w| 应用示例详细内容 Mc8^{br61 $@xkKe" 仿真&结果
Bb o* 5(W9J j] 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM vfm-K;,# 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 HfF$>Z'kM 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。 $X?V_K;9/ M]'AA
Uo8 2. VirtualLab的SLM模块 BO_^3Me* fP|\1Y?CS usA!MMH4 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Dmw,Bi* 必须设置所设计的SLM透射函数。 u|ZO"t 7jPmI 3. SLM的光学功能 m|k,8guG V;V9_qP, 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 Ef!F;D e)A 为此,将区域填充因子设置为60%。 J]UHq$B 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。 ~IXfID!8 *O;N"jf
K+\hv~+@ p5KNqqZZ W@tLT[}CG 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。 q
mB@kbt j7d;1 zB+G X]!@xlwF\ hqBRh+[ v^tKT& 4. 对比:光栅的光学功能 |`nVr>QF& 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。 9 2EMDKJ 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。 lySa Jd 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)。 .phQ7":` 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。 krA))cP 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。 1<83MO; $W]bw#NH
CmTJa5: ,b4&$W]. {aSq3C<r 5. 有间隔SLM的光学功能 #t
O!3= 0 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。 >U)O@W) ,3j7Y5v 3(%,2 <Va>5R_d< \K6J{;# L 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 w(D9' J^:~#`8 c'2ra/?k 6. 减少计算工作量 v,0D GR~ #7=LI\
je-s%kNlJ 采样要求: q4{ t H 至少1个点的间隔(每边)。 A3_9MO
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。 H~Cfni; m!_ghD{5h 采样要求: GN0'-z6Uy 同样,至少1个点的间隔。 9[D7N 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 UZra'+Wb 随填充因子的增大,采样迅速增加。 qE}YVKV* 4lCm(#T{, 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@"];wH 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。 vvxj{fxb) 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)。 R{vPn8X6g 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 w C"%b#(} Mk[`HEO /3]|B%W9 Ysu/7o4
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。 Oe`t!&v 7. 指定区域填充因子的仿真 @_3$(*n$~ 4)I#[&f 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。 Z"Oa5V6[A 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。 s 'xmv{| 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ?C35 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)。 =L%3q <]p 8BDL{?Mu t;Om9 8. 总结 N &=2 / 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 q;.]e#wvh "'Uk0>d=_I 第1步 |m- `,
we 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。 Oy$BR
<\ W?-BT >#s 第2步 Ah{pidUx 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 $:!T/*p* 扩展阅读 bl_WN|SQ 扩展阅读 :g#it@
开始视频 8[;oUVb5 - 光路图介绍 2]=I'U<E!
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