空间光调制器像素处光衍射的仿真
UoKXo*W2 应用示例简述 J, vEZT<Mt N(L?F):fT 1. 系统细节 X##hSGQM 光源 A \~tr — 高斯光束 _w49@9? 组件 g;G.uF& — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 {~eVZVv 探测器 kY`L[1G$ — 视觉感知的仿真 >^%TY^7n — 电磁场分布 mEDi'!YE" 建模/设计 R3@$ao — 场追迹: _9b;8%?Yf 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 ?DKwKt G,h=5y9_J 2. 系统说明 ~>|o3&G{ wdTjJfr \>r<z46x 3. 模拟 & 设计结果 D]$X@2A =aE!y5 4. 总结 &\/p5RX \Dr?}D 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Kq2,J&Ca3 YVB\9{H? 第1步 UqaV9 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。 x6B_5eF
oN7JNMT 第2步 u.L{3gkT 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 gN/6%,H} lq\/E`fc` 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 W4o$J4IX{ b6A]/290x 应用示例详细内容 V50FX}i !`?*zf 系统参数 Kn+m9 HCTjFW>C 1. 该应用实例的内容 0NMekVi +Q6}kbDI %>Y86>mVz 2. 设计&仿真任务 eW^_YG%( *P}v82C N 由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 vTY+J$N__ sX$EdIq 3. 参数:输入近乎平行的激光束 ]Uee!-dZ ?A7_&=J% |VRzIA4M\ 4. 参数:SLM像素阵列 ^+20e3 ~Y ?XNQ_m8f Z:(yX0U,[ 5. 参数:SLM像素阵列 ,/>hWAx `$odxo+ t^zmvPDK 应用示例详细内容 x O~t NWq>Z!x` 仿真&结果 0kdPr:B Q0 O>j_x W]V 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM "]M]pR/j 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)。 g1s\6%g 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。 %t:pG}A>:C ``p()^zT 2. VirtualLab的SLM模块 5VG[FY6Pl &hb:~> mgxoM|n6 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 {q-<1|xj/J 必须设置所设计的SLM透射函数。 *6trK`tx^ ]d|:&h 3. SLM的光学功能 vS{zLXg DZI:zsf;5Q 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 v9qgfdBS5 为此,将区域填充因子设置为60%。 G$B( AWL 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 TsB"<6@!AA W%xg;uzp wtY*{m2 8- U1Y
"X }@VT= 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 C\B&'+uR }I1SC7gY Gz9w1[t o"a~ y(!YN7_A 4. 对比:光栅的光学功能 Z`=[hu 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 i,Q{Z@, 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 jeM/8~^4- 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 EGZF@#N 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 :bhpYEUMx 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 ;QA`2$Ow UE[5Bw?4X
F( w 8RfFP\ AP T7!"gJ 5. 有间隔SLM的光学功能 jJxV)AIY 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。 MifPZQ RvQl{aL 9,4Lb] Sj$XRkbj: 8d90B9 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 d3$&I==;: &3Q!'pJJ Aqwjs
3 6. 减少计算工作量 5f:Mb|.? Ez*9*]O*+
wIv_Z^%V 采样要求: )L*6xTa~ 至少1个点的间隔(每边)。 dsx'l0q 'i 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。 UKBVCAK lm?1 K:+[ 采样要求: F3aOKV^ 同样,至少1个点的间隔。 _\9|acFT2O 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 b#:Pl`n6u 随填充因子的增大,采样迅速增加。 =Mb1)^m 1@j0kTJ~m 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。 ! f\q0Gnl 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。 U9d0nj9 j 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)。 8JP{`) 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 "pDwN$c cH&-/|N 0wxlsny? pohA??t2:
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。 ;^q@w 7. 指定区域填充因子的仿真 fgs){Ng` (~R [K,G 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 '.sS"QdN 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 {xw"t9(fE 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 H8V${&!ho 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)。 $c!cO" U @A_bZQ@ 6^vMJ82U 8. 总结 IA\CBwiLj 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ,X[lC\1a qP"+SVqC 第1步 nhfHY-l}7 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。 h}X^ woctnT%"Q/ 第2步 a@ E+/9 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 7X
h'VOljB 扩展阅读 x<m{B@3T 扩展阅读 gEVN;G'B<= 开始视频 kEH(\3,l - 光路图介绍 .Ulrv5wJ
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