空间光调制器像素处光衍射的仿真
^@> Qiy 应用示例简述 %P6!vx:&^b \5_^P{p7< 1. 系统细节 HK.J/Zr 光源 1W7BN~p14 — 高斯光束 J4X35H=Z 组件 BS.6d}G4 — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 |`/uS;O 探测器 q,Q|Uvpk — 视觉感知的仿真 ZJm^znpw6 — 电磁场分布 I'YotV7 建模/设计 1r4/McB — 场追迹: ~(S4/d5 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。 znRhQ+8;! 5Yr$dNe 2. 系统说明 m$g^On 1i2w<VG1 K@hUif|([ 3. 模拟 & 设计结果 n-Y'LK40Os `7ZJB$7D|* 4. 总结 \]El%j4 RkM! BcB 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 bc-)y3gHU |SleSgS<# 第1步 xx8na8 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。 aQFHB! ]^<~[QK_C 第2步 B8Z66#EQ 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 N|}`p" A@r,A?( 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 N R{:4zJT qiN'Tuw9 应用示例详细内容 X;tk\Ixd GAKJc\o 系统参数 i2E7$[ j C? 1. 该应用实例的内容 \9^@,kfP H2vEFn V ^Du_e(TiyK 2. 设计&仿真任务 K%;yFEZ 5$X{{j2 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。 L8Q!6oO=< 79_MP 3. 参数:输入近乎平行的激光束 ,?+yu6eLb XLT<,B}e ;U&VPIX$ 4. 参数:SLM像素阵列 \mloR
' T~>:8i DP_ \%(A 5. 参数:SLM像素阵列 WW=7QCi U^D7T|P$V /_\4(vvf 应用示例详细内容 g:yK/1@Hk} _NFJm(X. 仿真&结果 Z/x~:u_ `u-Y 5mY 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM :|Cf$2k7 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 vNIQc "\- 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 MZ'HMYed Qsa2iw{ 2. VirtualLab的SLM模块 <>TBM^ _[W=1bGJ Wj&s5;2a 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 UuGv= yC^6 必须设置所设计的SLM透射函数。 K9R[
oB]b i{2KMa{K 3. SLM的光学功能 _ sd?l rGs> {-T3 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 _PF><ODX2 为此,将区域填充因子设置为60%。 6c :$[owC 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。 X9 R-GT uw]Jm"=w kVY@q&p .JE7vPv%! 9YKEME+: 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。 ]+AI: )'JSu=Ej SDkN @OpcS>:R dU,/!|.K 4. 对比:光栅的光学功能 l< Y x 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。 4J s>yP 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。 \xt!b^d0 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)。 S<TfvQ\,"@ 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。 ee0J;pP2# 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。 ]#nAld1cmy 4[?Q*f!
Vr'Z5F*@ rTH@PDk>) <:?&}'aA 5. 有间隔SLM的光学功能 tc[PJH&P 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。 ]@xc9tlG T*oH tpFj# $jHL8r\e7 |l9AgwDg 9} vWTt0 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 ;(XSw%Y
H gVGq #\}hN~@F 6. 减少计算工作量 7cC$) -$7Jc=:>
@wo9;DW` 采样要求: <C&UDj 至少1个点的间隔(每边)。 Uc4r 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 !MbRI }Eav@3h6 采样要求: \ .:CL?m# 同样,至少1个点的间隔。 9DIG K\ 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 r
)T`?y 随填充因子的增大,采样迅速增加。 W?@ ;(k j1BYSfX' 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 '!_o`t@ 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 (k[<>$hL* 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)。 Z8m/8M 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 rTi.k 8'zwyd3 b^ v.FK46G Iv{}U\ u
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。 C. Sb4i* 7. 指定区域填充因子的仿真 A)qOJ(OEz z.QW*rW9 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。 j#-74{Y$
J 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。 9Vp$A$7M 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 "DUL} "5T 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 ddw!FH2W
( &B))3WFy #oHHKl=M 8. 总结 1f}Dza9 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 m^TkFt<BM aUd633 第1步 Lg'z%pi 将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 7Q^t( j3$KYf`T} 第2步 b+{yF 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 _mcD*V 扩展阅读 jML}{>Gy8S 扩展阅读 '06[@Cw 开始视频 U2G\GU1 X - 光路图介绍 ,#s}nJ4
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