;pdW7 应用示例简述 $~4ZuV%
-\yaP8V 1. 系统细节 _$"qC[. 光源 6/9 A' !4C — 高斯光束 W&y%fd\&3 组件 @AL,@P/9= — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 VF=$'Bl| 探测器 XiI@Px?FL — 视觉感知的仿真 Vin d\yvM — 电磁场分布 BvpGP 建模/设计 r?d601(fa — 场追迹: ~DcX}VCm 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。 $@q)IK%FDL 39?iX'*p 2. 系统说明 5nzkZw Mq]~Ka3q7 CDei+ q 3. 模拟 & 设计结果 .Vq-<c% q%#dx4z& 4. 总结 S|Wv1H>
2#5SI 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 nGGYKI >1xlP/4jx 第1步 mY2Ubn* 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。
Mi.xay% pm O }m> 第2步 <T:u&Ic 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 YVZm^@ZVV GEy^*, d 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Z2`(UbG}
_QfA'32S 应用示例详细内容 )El#Ks5u
LX4S}QXw 系统参数 Z6SM7?d
Lm"l*j4 1. 该应用实例的内容 *nU7v3D V3K
o6 2. 设计&仿真任务 $@[6j y
I
:%(nKBK 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。 c3]ZU^ D_`MeqF}C 3. 参数:输入近乎平行的激光束 ?n>h/[/ &H;0N"Fn pUZe.S>G 4. 参数:SLM像素阵列 rC}r99Pe:x
W1M<6T.{7 c&IIqT@Gb0 5. 参数:SLM像素阵列 _!H{\kU \kZxys!4 u!?.vx<qy 应用示例详细内容 vL{sk|2&
BdB/`X* 仿真&结果 $S|bD$e
Uaog_@2n, 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ` *x;&.&v 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)。 mu04TPj 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。 q5YgKz?IC g:`V:kbY$ 2. VirtualLab的SLM模块 9a"[-B:
pJ"Wg@+
gI6./;;x
为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ko*Ir@SDv
必须设置所设计的SLM透射函数。 Wd?(B4{
3iJ4VL7 3. SLM的光学功能 L|EvI.f
]re1$W#* 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 L0Bcx|)"$` 为此,将区域填充因子设置为60%。 +DaPXZ5. 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。 ie{9zO<d 6%~ Z^>`N Z{xm(^'i
rg)>ZHx nAG2!2_8 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。 $(K[W} *=mtt^yZ i[sHPEml(5
d4t%/ Uh @~hiL(IR' 4. 对比:光栅的光学功能 C:xgM'~+ 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。 xDG8C39qrs 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。 (4o_\& 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)。 XT>
u/Z ) 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。 |jH-
bm 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。 B ZP}0
x>d,\{U
x;dyF_*; *cz nokq6
-61{ MMiA 5. 有间隔SLM的光学功能 XdjM/hB{fD 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。 !f[LFQD "bZ%1)+ n*{aN}auJ
q}p&<k fT.18{'> 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 q">lP(t xCGa3 X d,AEV_ 6. 减少计算工作量 4<[,"<G~3 g|ewc'y
"c` $U]M% 采样要求: N^z4I,GV( 至少1个点的间隔(每边)。 }5
^2g!M 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 i#]}k j>Wb$p6S 采样要求: jLo(Uf 同样,至少1个点的间隔。 R?Zv 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 6U~AKq"+f 随填充因子的增大,采样迅速增加。 OV/H&fe uNSaw['0j 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: 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。 ?!TFoD2' 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)。 [Z9
lxZ| 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 2-=Ov@y2k! rYe z$e^r g<U\7Vp\1
kT)[<`p 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。
NV\t%/ ? 7. 指定区域填充因子的仿真 l7#5.%A
1oU/gm$7\q 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 xe?!UCUb@ 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 BV)oF2b: 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 0x BO5[w,Y 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 %PA#x36 XzLB#0 'kU5
8. 总结 :jL>sGvBv 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ?-M?{De R
6JHRd 第1步 -wr#.8rzTT 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ;IyA"C(i wNc.z*+O"H 第2步 E$O-\)wY0 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 h pf,44Kg 扩展阅读 c_"=G#^9@i 扩展阅读 FK;3atrz 开始视频 (|O9L s7N - 光路图介绍 <c'0-=