空间光调制器像素处光衍射的仿真
;l>C[6] 应用示例简述 hCKx%&[^7 y OLqIvN 1. 系统细节 !wZ9P 光源 a#G]5TZ — 高斯光束 ;5wr5H3 组件 bD;c>5t — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ~^R?H S 探测器 9 ?~Y — 视觉感知的仿真 =j{r95)|u — 电磁场分布 nlkQ'XGAI 建模/设计 &\/b(|> — 场追迹: duk:: |{F 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。 Om=*b#k lYMNx|PF 2. 系统说明 4]/i0\Vbam Jf{
M[ z hpVu
3. 模拟 & 设计结果 Lc:DJA .A2u7*h& 4. 总结 +)gXU Vwd }th^l*g 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 U\\nSU &`J?`l X 第1步 <7%4= 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。 OnKPD=< q4rDAQyPO 第2步 ']]&<B}mz 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 bG6<=^ IAJYD/Y&? 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 7berkU0P 4:
<=%d 应用示例详细内容 ef;Ta|# XN=Cq*3} 系统参数 }lzQMT hIr$^% 1. 该应用实例的内容 Y/1,%8n b88Zk* !&Z,ev 2. 设计&仿真任务 Dxwv\+7] Hw "UJP 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。 n*oa J<o% -Jtx9P 3. 参数:输入近乎平行的激光束 l^IPN'O@ Sp]i~#q_' n6a*|rE 4. 参数:SLM像素阵列 ;\$P;-VY `=0J: :~2An-V 5. 参数:SLM像素阵列 &z\]A,=Tc BI\+NGrB L#`9# Q 应用示例详细内容 BU="BB/[ 4P>tGO&*x 仿真&结果 ecH-JPm' P9p{j1*; 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM #NVqS5 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)。 Y,bw:vX 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。 YORFq9a{R yMNLsR~ rh 2. VirtualLab的SLM模块 Jb~ -)n2 6rnehv!p IKK<D'6 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 >t"]gQHtx 必须设置所设计的SLM透射函数。 p.2>-L 5g-apod 3. SLM的光学功能 axY-Vj O8+[)+6^ 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 bw7!MAXd 为此,将区域填充因子设置为60%。 /)i)wxi 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。 ,<lxq<1I (/_Q
r2KfC W7as=+;X 6Upg\( {/BEO=8q2 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。 bH41#B J{mP5<8>b DJE/u qE NEO~|B*oDU lxK_+fj
q 4. 对比:光栅的光学功能 K]bS:[34 R 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。 LoG@(g&) 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。 !v2,lH 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)。 KrkZv$u, 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。 Q:~w;I 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。 oQDOwM, 9ok|]d P
wN)R !6 Vk_*]wU 'w%N(N tq 5. 有间隔SLM的光学功能 lkg-l<c\J 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,F d[[t ^BM/K&7^ i&,U);T l@*/1O)v #|XEBOmsQ 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 V8&/O)} o K23_1-mbe 5?kA)!|UB 6. 减少计算工作量 !BEOeq@2. [Pp#l*
)O- x1U 采样要求: -R'p^cMA 至少1个点的间隔(每边)。 p2~Q 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。 g}^/8rW YY!(/<VI 采样要求: +lha^){ 同样,至少1个点的间隔。 ,H[AC}z2X 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。
k7{fkl9|# 随填充因子的增大,采样迅速增加。 24N,Bo
3 \Di~DN1 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。 )Qxv9:X 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。 n'*L jp 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)。 $fKwJFr 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 \S7OC _z4rx |>3a9] CJKH"'u3^
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。 j|G-9E 7. 指定区域填充因子的仿真 eBAB7r/7 S,(@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。 ` 4EOy: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。 bOz\-=au 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 qfYb\b 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)。 y]jh*KD[ Ee|+uQ981> 2FVKgyV 8. 总结 8&C(0H]1 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 pn $50c 1M;)$m: 第1步 \[oHt:$do 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。 mTP.W#N wO!hVm,Ta 第2步 FY|x<-f 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 oM7^h3R 扩展阅读 ?^ErrlI_ 扩展阅读 \7j)^ 开始视频 rb tV,Y - 光路图介绍 =h_gj >
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