,#)d 应用示例简述 yNvAT>H
E.K^v/dNdq 1. 系统细节 EOB8|:* 光源 c~R'`Q — 高斯光束 *z~,|DQ(A 组件 hN3FH#YO — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 al2lC#Sy 探测器 <X)\P}"L4 — 视觉感知的仿真 jYp!?%! — 电磁场分布 4LTm&+(5 建模/设计 d>p' A_ — 场追迹: m]n2wmE3n 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。 ,:t,$A ^ptybVo 2. 系统说明 4#IT" i Lwl1ta- dxX`\{E 3. 模拟 & 设计结果
G[k3` E{\CE1* 4. 总结 `Z;Z^c
VVeJe"!t 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 h3@tZL#g eAlOMSL\ 第1步 S`kOtZ_N n 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。 U`(=iyWP= od)TQSo 第2步 99=~vNn 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 !UoA6C: gv`_+E{P 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Py; 5z
p~w] ~\ 应用示例详细内容 'gf[Wjb,%
cACIy yQ 系统参数 ^C'S-2nGH
v5M4Rs&t 1. 该应用实例的内容 lx|Aw@C3~ J+P<zC @;4;72@O 2. 设计&仿真任务 I-R7+o
!8G)`' 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。 uyYV_Q0~; JR]2Ray 3. 参数:输入近乎平行的激光束 ]yPK}u e4z~ FSM M 4. 参数:SLM像素阵列 `H! (hMMV
<odi>!ViH FOG{dio 5. 参数:SLM像素阵列 T1d@=&0" )V1xL_hx/ d'';0[W) 应用示例详细内容 9Vt
^q%DC
G=cRdiy`C 仿真&结果 x {NBhq(4
.)
Ej#mk 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM $4{sPHi)I 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 }+!"mJx@ 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 %tVU Rj +
+L7*1t 2. VirtualLab的SLM模块 |?88EG@05
76w[X=Fv
2PQBUq
为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 _x.2&S89
必须设置所设计的SLM透射函数。 <W0(!<U
{bXN[=j 3. SLM的光学功能 l!,tssQ
M+&~sX*a 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 a[K&;) 为此,将区域填充因子设置为60%。 ql@2<V{ 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 %r[`HF> >>{):r
Z ^&<M""Z
li%@HdA! *O$|,EsY 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。 jemb/:E QP'sS*saJ ]0R*F30]
YhH3f VM nFlN{_/ 4. 对比:光栅的光学功能 *)Pm 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。 WHC/'kvF 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。 EGD{nE 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)。 8[@,i|kgg0 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。 c^w^'< 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。 7g*!6-W[
FsqH:I4O
Zz} o t x@Gg fH<l
(A?>U_@ 5. 有间隔SLM的光学功能 __}SHU0R 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。 9Z-2MF 0o8`Y CG%bZco((
"w"a0nv CNRSc4Le 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 q;9X8 _ QDxs+<# ]pm/5| 6. 减少计算工作量 ;SXkPs3q 2(d
T}!9T!(HdF 采样要求: uT]$R 至少1个点的间隔(每边)。 BZ\="N#f 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。 ZW?h\0Hh )y]Dmm 采样要求: "vk]y 同样,至少1个点的间隔。 _7N?R0j^9N 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 E#P#{_BR^ 随填充因子的增大,采样迅速增加。 x6K_!L*Fx] +\+j/sa 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。 !Mw/j`* 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。 (g;O,`|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)。 $x }R2 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 3sV$#l P ox SSEs ;*rGZ?%*
7s%D(;W_Mo 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。
N]yT/8 7. 指定区域填充因子的仿真 Ju>QQOxi|
Pac ^=|h<q 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。 `0ZH=*P 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。 RV@B[: 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 (w-"1( 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)。 kt
Z~r. + PoZ$3V$(Lz kQU4s)J
8. 总结 #TUm&2 +V 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 'sAkrl8kt skeeec\V 第1步 r7VBz_Q 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。 nGGw(6c%> P[aE3Felk 第2步 )*%uG{h 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 e3n^$'/\r 扩展阅读 iM!V4Wih6 扩展阅读 )Fd)YJVR 开始视频 EE09 Er%\ - 光路图介绍 MZVbOcSAd