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    [技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

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    只看楼主 倒序阅读 楼主  发表于: 2021-11-10

    空间光调制器像素处光衍射的仿真

    时间:2016-11-24 20:12来源:未知作者: infotek点击:次打印

    空间光调制器(SLM.0002 v1.1)

    应用示例简述

    1. 系统细节

    光源

    — 高斯光束

     组件

    — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统

     探测器

    — 视觉感知的仿真

    — 电磁场分布

     建模/设计

    — 场追迹:

     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。

    2. 系统说明

    3. 模拟 & 设计结果

    4. 总结

    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。

    第1步

    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。

    第2步

    分析不同区域填充因子的对性能的影响。

    产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。

    应用示例详细内容

    系统参数

    1. 该应用实例的内容

    2. 设计&仿真任务

    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。

    3. 参数:输入近乎平行的激光

    4. 参数:SLM像素阵列

    5. 参数:SLM像素阵列

    应用示例详细内容

    仿真&结果

    1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM

     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)。

     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。

    2. VirtualLab的SLM模块

     为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。

     必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。

    3. SLM的光学功能

     在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。

     为此,将区域填充因子设置为60%。

     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。

    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd

     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。

    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd

    4. 对比:光栅的光学功能

     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。

     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。

     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)。

     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。

     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。

    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd

    5. 有间隔SLM的光学功能

    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。

    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd

    下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。

    6. 减少计算工作量

    采样要求:

     至少1个点的间隔(每边)。

     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。

    采样要求:

     同样,至少1个点的间隔。

     假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。

     随填充因子的增大,采样迅速增加。

     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。

     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。

     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)。

     通过优化,计算工作量减少了4.7倍。

    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。

    7. 指定区域填充因子的仿真

     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。

     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。

     因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。

     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)。

    8. 总结

    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。

    第1步

    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。

    第2步

    分析不同区域填充因子的对性能的影响。

    扩展阅读

    扩展阅读

     开始视频

    -    光路图介绍

     该应用示例相关文件:

    -     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计

    -     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究

     
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