6\S~P/PkE 应用示例简述 NW)1#]gg%
lB[kbJ 1. 系统细节 /|#fejPh 光源 f:P}*^
Gw — 高斯光束 5nVt[Puw 组件 /JU.?M35 — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ]jRfH(i 探测器 ?b5^ — 视觉感知的仿真 c_l"I9M#r — 电磁场分布 {cw /!B 建模/设计 EAby?51+ — 场追迹: f'3$9x 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。 _n\GNUA $
o#V# 2. 系统说明 9@)O_@= Q.c\/& E q+_&Wk 3. 模拟 & 设计结果 B^jc3 VsR efE.&] 4. 总结 b*Q&CL
?5 [=(\/. 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 %GIr&V4| 01(AK% e 第1步 _2 osV[e 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。 Xm2z}X(% '(jG[ry&T 第2步 qA5r 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Ef13Q]9| 0S$N05 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 TrR8?-
(0kK_k'T 应用示例详细内容 2jCf T>`3
QoH6 系统参数 9490o:s
6Sn .I1Wy 1. 该应用实例的内容 N_q|\S>t/ DrK{}uM liz~7RY4 2. 设计&仿真任务 2Q:+_v
URbletSBQ 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 l0i^uMS @>H75 3. 参数:输入近乎平行的激光束 t}tEvh lBGQEP3; ZO$%[ftb 4. 参数:SLM像素阵列 h;NYdX5
>!)DM]Ri KL Xq\{X 5. 参数:SLM像素阵列 PXNh&N fw{gx *%@h(js 应用示例详细内容 As<bL:>dE
ZLAy-
9^Y 仿真&结果 gEE\y{y
x{WD;$J 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Y,zxbXZv'5 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)。 cDH^\-z 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。 $5Ff1{ a-L;* 2. VirtualLab的SLM模块 hODWB&b
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为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 mvT(.R ..s
必须设置所设计的SLM透射函数。 bhlG,NTP
tT?cBg{ 3. SLM的光学功能 7o5BXF
_~ iw[*#u 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 $[=%R`~w 为此,将区域填充因子设置为60%。 N7R!C)!IL 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 {fn!'
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BbS4m .];=Pu^ 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 D]Xsvv
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.z}~4BY >>fH{/l 4. 对比:光栅的光学功能 agW@{c 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 AoL2@C.C%D 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 +@iA;2& 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 j
Dv{/) 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 ?]Xpi3k 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 =]Jd9]vi
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PGV/ h 5. 有间隔SLM的光学功能 L"*/:$EJL. 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。 mZ"4&U a8Nh=^Py :^3LvPM
hJ~Uf5Q Qe0lBR?H 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 k4y'b 7!TueP0Zd eHNyNVz 6. 减少计算工作量 :mn>0jK,N x-.?HS[
_1 !OlQ 采样要求: *QQzvhk 至少1个点的间隔(每边)。 uurh??R 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。 K':;%~I cI?8RF(; 采样要求: =\:qo'l 同样,至少1个点的间隔。 ;8{4!S&b 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 {vyv7L 随填充因子的增大,采样迅速增加。 iaE^a^* q}#6e]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。 Jk=I^%~ 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。 v+#}rUTF 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)。 [o+q>|q 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 T\j{Bi5 \J \k!{uRy' iq( E'`d
D}8[bWF 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。
Tl[!=S 7. 指定区域填充因子的仿真 E`de7
Y^}Z> 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。 Rww{:R 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。 =sJ7=39 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 qjdMqoOCjl 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)。 [)zP6\I ZE=Sp=@)j v)t:|Q{I
8. 总结 z Q`jP$2 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 @H7d_S Mh/dpb\Z 第1步 >A"v ed8 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。 bITPQ7+ g<f <Ip= 第2步 ;=;
9tX 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 .e=:RkI, 扩展阅读 YS@ypzc/ 扩展阅读 hYNY"VB 开始视频 *%fi/bimG - 光路图介绍 TNY&asQo