空间光调制器像素处光衍射的仿真
OG`|td 应用示例简述 ]bTzbu@ d$fvg8^ 1. 系统细节 EWb(uWC8h 光源 4<T*i{[ — 高斯光束 9DOkQnnc 组件 &@YFje6Lcm — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 eQU-&-wt0 探测器 ZT) !8 — 视觉感知的仿真 Y^R?Q' — 电磁场分布 W?qpnPW 建模/设计 7q%|4Z-~ — 场追迹: g.I(WJX0 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。 ]By0Xifew j?:`-\w5 2. 系统说明 *wC\w q.=^iz&m ;OOj[%. 3. 模拟 & 设计结果 t_dcV%= WI1T?.Gc 4. 总结 n1QEu"~Zj #K=b%;> 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 bz{^ h' .E+OmJwD 第1步
h6u2j p(+ 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。 U^%9
)4bj f).*NX 第2步 z)4UMR#b& 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,~(|p` gjW\
XY 产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 sYGR-:K ~?#~ Ar 应用示例详细内容 m8'@UzB 8
AFMn[{ 系统参数 807al^s
x A -Mj|V 1. 该应用实例的内容 j!YNg*H kMM'[w 9%sFJ 2. 设计&仿真任务 l+%Fl=Q2em ^6Yd} 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。 8tU>DJ}0 R7lYu\mA 3. 参数:输入近乎平行的激光束 v@VLVf)>9^ 6N"m?g*Z
d $=/rGpAk 4. 参数:SLM像素阵列 Nepi|{ 8qn 9| tl|ijR 5. 参数:SLM像素阵列 KyT uF ^w.]Hd2 ~p:?QB>1]
应用示例详细内容 z<!O!wX_aI :vpl+)n 仿真&结果 ymYBm:" /0(%(2jIWl 1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM J,??x0GDx, 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 I!P4(3skAB 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 "# !D|[h0 F%
`zs\ 2. VirtualLab的SLM模块 }`9jH:q-Z n+2%tW Lbcy:E*g 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 %,0%NjK 必须设置所设计的SLM透射函数。 I7~| ~< ?-f,8Z|h 3. SLM的光学功能 HmMO*k<6@ Or7
mD 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 +
~"5! 为此,将区域填充因子设置为60%。 eTT)P 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 S`0NPGn;@[ /'ZKS T4 nob0T5G \Wr,<Y J/ vK6cO\ 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 +1QK}H~ c;9.KCpwx +y/ 55VLq z8E1 m" J? .F\`N) 4. 对比:光栅的光学功能 49AW6H.JT 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 rh66_eV 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 ?F_)- 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 zyFUl% 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 :S -";.:" 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 r{_ >ldjq Ab2Q
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.XS9,/S 8PBvV[ -_em%o3XC 5. 有间隔SLM的光学功能 WF[bO7: 现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 j/KO|iNL2 jo9gCP. 1& ^?U{ V
kjuyK P6\6?am 下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 Yf}xwpuLk A%XX5* <CZgQ\Mt 6. 减少计算工作量 sI LSey5` __Nv0Ru
w!&~??&=} 采样要求:
'V
(,.' 至少1个点的间隔(每边)。 A&"%os 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 BUsV|e\ oyvKag 采样要求: \+ 0k+B4a 同样,至少1个点的间隔。 G8J*Wnwu[K 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 Pw[g 随填充因子的增大,采样迅速增加。 %IY``r)j ,r8Tbk]m 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 _S`o1^Ad 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 4(8xjL: 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 Vzl^Ka' 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 ~}"]&%Q{J }H"kU2l IzLQhDJ1 (Pbg[AY
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。 T~4N+fK 7. 指定区域填充因子的仿真 OI}cs2m ~*W!mlg 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 /i]y$^ 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。 T~:|!` 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 om h{0jA0 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)。 5jxQW
; ?OlV"zK x[3A+ 8. 总结 [7FItlF%I 考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 O1'm@
q) oXXC@[??}N 第1步 [*:6oo98' 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。 $~;D9 OTDg5:> 第2步 }Gyqq6Aeb 分析不同区域填充因子的对性能的影响。 fw6UhG 扩展阅读 }g7]?Ee 扩展阅读 `n5"0QRd 开始视频 uocHa5J - 光路图介绍 :Bu2,EL*O
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