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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: 2023-03-29
    _B|g)Rdv  
    应用示例简述 @,sg^KB  
    ]?Ru~N}  
    1. 系统细节 ,[^P  
    光源 TaB35glLY  
    — 高斯光束 BZx#@356N  
     组件 I)O-i_}L&K  
    — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 *4[3?~_B#6  
     探测器 <OW` )0UX  
    — 视觉感知的仿真 Md[nlz  
    — 电磁场分布 d8 ve$X  
     建模/设计 TZZ qV8  
    — 场追迹: Ybx4 Up@  
     一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 _&JlE$ua7  
    ^QV;[ha,o  
    2. 系统说明 ^yu^Du  
    7IZ(3B<87t  
    mnXaf)"  
    3. 模拟 & 设计结果 <H E'5b  
    2&!G@5  
    4. 总结 D9c8#k9Y.  
    WohK,<Or  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 )WEyB~'o  
    JCaT^KLz  
    第1步 S3j/(BG  
    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。 9^s sT>&/  
    v?h#Ym3e<  
    第2步 fwxyZBr  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 %r~TMU2"  
    *Xl&N- 04  
    产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 z6FG^  
    o*I-~k  
    应用示例详细内容 R`>E_SY  
    ]b<k%  
    系统参数 s bW`  
    iQin|$F_O  
    1. 该应用实例的内容 +5);"71  
    59T:{d;~  
    0VsrAV0  
    2. 设计&仿真任务  D[]vJ  
    |n67!1  
    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。 4"wuqr|o  
    b9w9M&?fT  
    3. 参数:输入近乎平行的激光 XF{}St~(  
    |'=R`@w~0  
    -@L*i|A  
    4. 参数:SLM像素阵列 U4zyhj  
    R[Kyq|UyVr  
    b\VY)=U  
    5. 参数:SLM像素阵列 uj;-HN)6  
    ~c3!,C  
    "o}3i!2Qr  
    应用示例详细内容 ,n ~H]66 n  
    7ktf =Y  
    仿真&结果 `Nu3s<O7CF  
    zj`!ZY?fv  
    1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 0ltq~K  
     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)。 ~XQN4Tv-  
     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。 T3)/?f?|  
    Y R#_<o  
    2. VirtualLab的SLM模块 0P\)L`cG  
    )MW.Y  
    :)?w 2'O  
     为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 0j4bu}@  
     必须设置所设计的SLM透射函数。 >,A:zbs&  
    [ZOo%"M_Y  
    3. SLM的光学功能 FrB}2  
    >K;p+( <6  
     在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 RP z0WP  
     为此,将区域填充因子设置为60%。 O\B_=KWDO  
     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。 *V3}L Z  
    N~g'Z `  
    _~=X/I R  
    +'hcFZn(T  
    lJu2}XRiU  
     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。 &D>e>]E|P  
    |AuN5|obI  
    "M6:)h9jV  
    Yep(,J~'  
    Zz,E4+'Rm  
    4. 对比:光栅的光学功能 q%"]}@a0  
     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。 >j_,3{eJ  
     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。 *ukugg.  
     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)。 6}n>Nb;L"  
     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。 +KrV!Taf  
     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。 d1D{wZ3g  
    kdITh9nx<r  
    D%Hz'G0|  
    2zh?]if  
    QrHI}r  
    5. 有间隔SLM的光学功能 S3`zB?7,  
    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。 G?8LYg!-  
    {Z3B#,V(g  
    7?qRY9Qu  
    iO,0Sb <y  
    =sPY+~<o  
    下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 h~urZXD<  
    uqnoE;57^  
     }aRV)F  
    6. 减少计算工作量 mH}/QfUlq  
    8sx\b  
    qi.|oL9p  
    采样要求: 88$G14aXEk  
     至少1个点的间隔(每边)。 #&\^{Z  
     如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 `QC{}Oo^  
    5qGRz"\p~  
    采样要求: ^g$k4  
     同样,至少1个点的间隔。 8tK8|t5+  
     假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 PBTGN;y  
     随填充因子的增大,采样迅速增加。 ~2beVQ(U  
    l&dHH_m3  
     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。 Jb#*QJ=  
     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。 MP-A^QT  
     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)。 !O-q13\Y  
     通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 A5Qzj]{ba  
    &G@(f=  
    KIps {_J[<  
    MRZ Wfc  
    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。
    xV:.)Dq9  
    7. 指定区域填充因子的仿真 4^1{UlCop  
    jX$TiG  
     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。 S&Q1Ky^  
     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。 p^Kp= z  
     因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 n6ETWjP  
     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)。 HIcx "y  
    ?<YtlqL  
    (9CB&LZ(+E  
    8. 总结
    c BQ|m A  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 S)p{4`p%  
    R4"["T+L`  
    第1步 4d)w2t?H%  
    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。 Ro*$7j0!Hf  
    yb2*K+Kv  
    第2步 xAMj16ZF  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 s<cg&`u,<M  
    扩展阅读 N'+d1  
    扩展阅读 Hv>A$x$q  
     开始视频 hV;Tm7I2  
    -    光路图介绍 ps[TiW{q;  
     
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