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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
     H{yBD xw  
    应用示例简述 p>kny?AJ  
    (SQGl!Lai0  
    1. 系统细节 p#Po?  
    光源 (^W :f{  
    — 高斯光束 A W6B[  
     组件 -W.-m2:1  
    — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 J/D~]U  
     探测器 :CezkD&  
    — 视觉感知的仿真 Xs|d#WbX  
    — 电磁场分布 :R +BC2x  
     建模/设计 g]JRAM  
    — 场追迹: @`+\v mfD  
     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。 [kpQ:'P3  
    *~4<CP+"0  
    2. 系统说明 c%O97J.5b  
    @YRy)+  
    5D=U.UdR  
    3. 模拟 & 设计结果 ?7TmAll<.s  
    AX&Emz-  
    4. 总结 l" ~ CAw;  
    a!4p$pR  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 wSCI?  
    8@+<W%+th  
    第1步 Yc?S<  
    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。 TD*AFR3Oz  
    \2[tM/+Bs  
    第2步 1c @S[y  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 RTvOaZ  
    bC"h7$3  
    产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ]b>XN8y.  
    ~|, "w90  
    应用示例详细内容 -IVWkA)7  
    @:B}QxC  
    系统参数 pYm#iz  
    ReD]M@;  
    1. 该应用实例的内容 K:qc "Q=C  
    nv+miyvvm  
    YahW%mv`d  
    2. 设计&仿真任务 h+!R)q8M  
    M6quPj  
    由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 6 <`e]PT  
    6Y6t.j0vN.  
    3. 参数:输入近乎平行的激光 gBWr)R  
    a%a0/!U[  
    !mWm@ }Ujg  
    4. 参数:SLM像素阵列 R>~I8k9mM  
    [-"ZuUG  
    vfj{j= G  
    5. 参数:SLM像素阵列 8 "NPj0  
    7!(/7U6rP  
    ~*\ *8U@7  
    应用示例详细内容 v8'XchJ  
    T*Ge67  
    仿真&结果 (RrC<5"  
    K0o${%'@7  
    1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM m+7%]$  
     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)。 )+Z.J]$O-  
     内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 @c"s6h&  
    ME!P{ _/  
    2. VirtualLab的SLM模块 FYu30  
    DnhbMxh8o  
    x[)]u8^A  
     为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 vaHtWz!P  
     必须设置所设计的SLM透射函数。 sUR5Q/Q  
    D%?9[Qb  
    3. SLM的光学功能 /pU`-  
    nQ|($V1?W  
     在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 2*cc26o  
     为此,将区域填充因子设置为60%。 Unq~lt%2  
     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。 I`jG  
    xQzW6H|  
    Y}q~ Km  
    &Qj1uf92.  
    ^ T`T?*h  
     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。 iFcSz  
    sredL#]BA  
    @ZJ }lED3  
    :i {; 81V  
    P*%P"g  
    4. 对比:光栅的光学功能 20haA0s  
     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。 SS8$.ot  
     所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 Tj!\SbnA[  
     通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 w@6y.v1I{  
     级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 IZ^:wIKo{  
     这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 omPxU2Jw  
    73]t5=D:  
    2ve<1+V_  
    #cW :04  
    YSfJUB!I  
    5. 有间隔SLM的光学功能 `m#G'E I  
    现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 }.WO=IZ  
    5.oY$tb(  
    UmMu|`  
    j` * bz-  
    |yp^T  
    下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 L\bc R  
    ;l0%yg/}  
    " ;T a8  
    6. 减少计算工作量  4m=0e  
    FzCXA=m  
    jA~omX2A  
    采样要求: r~oUln<[  
     至少1个点的间隔(每边)。 9&C8c\Y  
     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。 08k  
    pEN`6*  
    采样要求: KyP@ hhj  
     同样,至少1个点的间隔。 vo)W ziHh  
     假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 Lc]hwMGR*  
     随填充因子的增大,采样迅速增加。 ;p <BiC$b  
    oOubqx  
     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。 JX&%5sn(  
     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。 ;Oq>c=9%  
     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)。 EKN<KnU%  
     通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 ]-a/)8  
    cG@W o8+  
    28+{  
    -*ZQ=nomN  
    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。
    "A~D(1K  
    7. 指定区域填充因子的仿真 4OO^%`=)M'  
    DR]oK_  
     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。 $ rbr&TJ  
     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。 KiE'O{Y  
     因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 v6! `H  
     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)。 v"%>ms"n  
    (sH4 T>  
    8NE[L#k  
    8. 总结
    ;<+Z}d/g9  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 a~JZc<ze  
    @(N} {om  
    第1步 LL+_zBP.   
    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。 \)aFYDq#\  
    *&h]PhY  
    第2步 Y-+Kf5_[  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ^HT vw~]5  
    扩展阅读 ~-%z:Re'_  
    扩展阅读 8-kR {9r  
     开始视频 pj3H4yCM:  
    -    光路图介绍 gOE ?  
     
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