空间光调制器像素处光衍射的仿真
HP&+ 8 应用示例简述 `&j5/[>v >H?8?a D 1. 系统细节 tE- s/ 光源 %?R}sUo — 高斯光束 mmEr2\L 组件 vMDV%E S1t — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Oe*emUX7 探测器 MyAi)Mz~o — 视觉感知的仿真
"ifYy>d — 电磁场分布 fY$M**/, 建模/设计 b`fPP{mG — 场追迹: a\aJw[d{ 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。 8
<EE4y KK}^E_v 2. 系统说明 @'s^ t%V!SvT8+ jBarY g 3. 模拟 & 设计结果 $#8dtF "\)j=MI8u+ 4. 总结 {Jwh .bJ E"nIC,VZ 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 z45ImItH +|KnO
第1步 OT&J OTk\ 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。 pQ!NhzQ p,Qr9p3y 第2步 6/Q'o5>NL: 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 tc.R(F96 r|:i: ii 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 E~3wdOZv1 kR3g,P{L 应用示例详细内容 S{7A3
x'B (Xi?Y/ 系统参数 bO8 g#rO :]v%6i. 1. 该应用实例的内容 nK)U.SZ 4%0eX] n&jfJgD&g 2. 设计&仿真任务 W
MU9tq[ odD^xg"L 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。 z}&?^YU*)` b*\K I 3. 参数:输入近乎平行的激光束 4siNY4i" 5IE 2&V o['HiX 4. 参数:SLM像素阵列 ?suNA q;3.pRw( ;!v2kVuS] 5. 参数:SLM像素阵列 vd6Y'Zk|F6 M,7A|?O iC10|0%{ 应用示例详细内容 0&}
"!) n,q+EZd 仿真&结果 meA=lg? i<@6f'Kir 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM $vlq]6V8 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)。 mEyJ
o| 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。 8D@H4O. rlEEf/m: 2. VirtualLab的SLM模块 $1y8gm .'k]]2%ILp X`JWYb4 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 >RZ]t[)y 必须设置所设计的SLM透射函数。 ViIt'WX ]r8t^bqe 3. SLM的光学功能 $O9Nprf (Z;;v|F.i= 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。
jT}3Zn 为此,将区域填充因子设置为60%。 l=,\ h& 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。 >>oR@ ~w_4
nE xOnbYU B8;jRY {>PN}fk2QP 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。 pLjet~2}iJ PeT _Ty $<cio
X |h$*z9bsf 62GP1qH9 4. 对比:光栅的光学功能 Fr_esx 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。 dfl| 6R 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。 onL&lE 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)。 4+2XPaIm 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。 RZ 4xR 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。 cVya~ * ,WSK
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XJ,P8nx ^L#\z7 ~'>RK 5. 有间隔SLM的光学功能 S81Z\=eK 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。 /J!C2 Fb#.Gg9b> db#QA#^S =2!AK[KxX Jf6uE?. 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 j}$dYbf$ swNJ\m 7fRL'I#[@ 6. 减少计算工作量 |:yQOq| ;Yo9e~
WvSh i= 采样要求: banie{ e 至少1个点的间隔(每边)。 :&:IZkO 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。 gSLwpIK% :aHD'K 采样要求: O0OBkIj 同样,至少1个点的间隔。 b[p<kMTir 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 94C)63V 随填充因子的增大,采样迅速增加。 ~3-2Iu^F .
+_IpygQ 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。 {g9?Eio^F^ 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。 M7z>ugk" 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)。 ;m6Mm`[i< 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 kB_u U !G s!S,;H 2B&Yw kcT?<r
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。 09?n5x!6 7. 指定区域填充因子的仿真 "j|}-a nsR^TD;
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。 lOp/kGmn+ 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。 2}`Q9? 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 N_S>%Z+ 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)。 o%#Z
!g:UkU\J `< 8Fc`;[ 8. 总结 47I5Y5 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 dLOUL9hf 48,Aq*JFw 第1步 }G
n2% 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。 cGSoAK %-"? 第2步 E.W7`zl 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 bqY}t. Y&" 扩展阅读 w`XwW#!}@$ 扩展阅读 K@xp! 开始视频 EN@LB2 - 光路图介绍 g*8LdH6mq
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