空间光调制器像素处光衍射的仿真
Vf&U`K 应用示例简述 hNM8H o 2Nu@^+ 1. 系统细节 < j:\;mi; 光源 }[;ZZm? — 高斯光束 ea"X$<s>- 组件 xeSch?} — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 6X*vCylI 探测器 >)u;X — 视觉感知的仿真 BV
B2$&eJ — 电磁场分布 7DJEx~"!2- 建模/设计 PPB/-F]rr — 场追迹: \jwG*a 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。 hK3-j;eg Qc3d<{7\~ 2. 系统说明 UeO/<ml3>J "00j]e. Uv(R^50> 3. 模拟 & 设计结果 5_aj]"x xrPZy*Y, 4. 总结 `FPQOa*%3 =U3S"W % 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 |CDM(g>% zsXgpnlHT 第1步 reN\|?0{ 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。 \R<MQ#
x uaF-3 第2步 +d6onO{8 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ;_I>`h"r hn8xs5vN 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ;DuVb2~+ "Xv} l@ 应用示例详细内容 .jCGtR )% @KTuG ?. 系统参数 tTy !o= T]De{nH u 1. 该应用实例的内容 zWC| Qe z< L2W", m[}k]PB> 2. 设计&仿真任务 B-MS@<2 &u2;S?7m 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。 &s+l/;3 tn5%zJ#+ 3. 参数:输入近乎平行的激光束 Kz"3ba}KH z$?F^3> Mk}T 4. 参数:SLM像素阵列 ]%Eh" =~+ WJN Op%OQ14$ 5. 参数:SLM像素阵列 @wR3L:@ Y)1/fEM 61S;M8tNv 应用示例详细内容 eA4D.7HDK INN}xZ 仿真&结果 kEDpF26! k_7m[o 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ?P'$Vxl 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 lp
*GJP]T 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 qdix@@ f!x9% 2. VirtualLab的SLM模块 +K1M&( PQ4mNjXN <,M"kF: 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 A<+Dx
必须设置所设计的SLM透射函数。 +HS]kF H i(j/C 3. SLM的光学功能 V'i-pn2gyu t1?aw< 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 R(wUu#n$ 为此,将区域填充因子设置为60%。 oPKLr31zt 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。 ?8-Am[xH t8*Jdd^3Z/ 4C*ywP [J,.?'V zS%XmS\ 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。 v6*0@/L
M >&(#p@# q^aDZzx,z : "85w#r Wlc&QOfF 4. 对比:光栅的光学功能 /.SG? 5t4 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。 sycAAmH< 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。 K?uZIDo 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)。 (GC]= 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。 ]DVr-f
~ 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。 q_b!+Y PT~htG<Fw
hP"2X"kz& &D<R;>iI L I<S 5. 有间隔SLM的光学功能 dbby.% 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。 sT)>Vdwf_ /JR+WmO :F:1(FDP 83vMj$P cyl%p$ 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 \BnU?z YlrN^rO ZwUBeyxS=c 6. 减少计算工作量 G8av5zR D4L&6[W
es)^^kGj6f 采样要求: aw*]b.f 至少1个点的间隔(每边)。 Z*k(Q5&U 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。 J0!V ( #gC[L=01 采样要求: J
p?XV<3Z 同样,至少1个点的间隔。 !6(3Y 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 ,6>3aD1w~q 随填充因子的增大,采样迅速增加。 gC1LQ!:;Oi u9"=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。 ZO<,V 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。 A6]:BuP;c 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)。 &ksuk9M 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 #^T`vTD- wMVUTm %/A>'p,~ nm5DNpHk
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。 5 bI:xL} 7. 指定区域填充因子的仿真 6}6Q:V| ^\ [p6> 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。 Tw-NIT) 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。 PBn7{( x 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 c e;7 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)。 LSC[S:
t;o\"H }B-$} 8. 总结 =Kkqk 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0"R>:f} 5& |