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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: 2024-11-11
    空间光调制器(SLM.0002 v1.1) B_k[N}|zD  
    8"a[W3b  
    应用示例简述 3N) bJ  
    0ih=<@1K  
    1. 系统细节 _RFTm.9&  
    光源 RNyw`>  
    — 高斯光束 O)'Bx=S4Ke  
     组件 3wEVjT-  
    — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 <Gy)|qpK[  
     探测器 npH2&6Yhi^  
    — 视觉感知的仿真 oEE*H2l\  
    — 电磁场分布 "8Ud&o  
     建模/设计 R4<}kA,.  
    — 场追迹: r^ ?Qo  
     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。 '3f"#fF6  
    i/nA(%_  
    2. 系统说明 6xs_@Vk|d  
    pJ6Z/3]  
    m<>3GF,5bP  
    3. 模拟 & 设计结果 ZB'/DO=i  
    R=IZFwr  
    4. 总结 ~+{OSx<S  
    _5vAn t*  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ^D(N_va<  
    .kSx>3  
    第1步 igp[cFN  
    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。 QvK-3w;=  
    %aU4d e^  
    第2步 ">}l8MA  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 (gQ^jmZPG  
    Kb~s'cTxIO  
    产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 )+c4n]  
    hL#5:~(  
    应用示例详细内容 >A#wvQl7   
    9 ve q  
    系统参数 gaaW:**y  
    Kc+;"4/#q  
    1. 该应用实例的内容 hPhNDmL#3  
    3jIi$X06  
    #pbPaRJL(  
    2. 设计&仿真任务 g&y'#,'Q~,  
    \}Jy=[  
    由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 kAbRXID  
    <N11$t&_  
    3. 参数:输入近乎平行的激光 8B C F.y  
    Yxye?R-:  
    2]n"7Z8(v8  
    4. 参数:SLM像素阵列 )A9K9pZj  
    [?mDTD8zU  
    $d M: 5y  
    5. 参数:SLM像素阵列 9"g=it2Rh6  
    HDU tLU d  
    s7 IaU|m  
    应用示例详细内容 "ZDc$v:Qa  
    L;=:OX 0  
    仿真&结果 TIbqUR  
    RKsr}-1 8  
    1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 4]jN@@  
     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)。 {x e$  
     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。 l/,O9ur-  
    D;.O#bS  
    2. VirtualLab的SLM模块 \x i wp.  
    T_bk%  
    sZ #Ck"n  
     为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 S+>1yvr),  
     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。 R{.5Z/Vp6E  
    #/zPAcV:  
    3. SLM的光学功能 Ml)~%ZbF  
    OI"vC1.5  
     在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 <:)T7yVq  
     为此,将区域填充因子设置为60%。 a<l(zJptG  
     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。 $e#p -z  
    R4G$!6Ld  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd [$)C(1zY  
    fyIL/7hzf4  
     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。 (#FWA<o  
    }I;A\K]  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd lj $\2 B  
    i,NU%be  
    4. 对比:光栅的光学功能 1UX"iO x(  
     上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 y#8| @?  
     所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 09<O b[%h  
     通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 (KR$PLxDK  
     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。 kD:O$8[J8  
     这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 XYIZ^_My  
    hko0 ?z  
    Uj&2'>MJ$  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Z-;<R$  
    hD!W&Er  
    5. 有间隔SLM的光学功能 O1IR+"0  
    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。 ?ihkV? ;)  
    8qL*Nf  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd zK893)  
    iLw O4i  
    下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 2C^/;z  
    7UvfXzDNC  
    :U!knb"/>  
    6. 减少计算工作量 mxsmW  
    v'0A$`w`  
    xlG/$`Ab  
    采样要求: l<qK' P4  
     至少1个点的间隔(每边)。 ^Ts|/+}'i  
     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。 "1>I/CM  
    q y73  
    采样要求: @G< J+pm  
     同样,至少1个点的间隔。 wjW>#DE  
     假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 p Ux ~  
     随填充因子的增大,采样迅速增加。 Lbk?( TL  
    {vh}f+2  
     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。 4d3]L` f  
     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。 =4cK9ac  
     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)。 'EoJo9p6}  
     通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 {_QXx  
    R{GOlxKs C  
    fCTdM+t  
    LcS\#p#s]  
    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。
    s*{l}~fPkW  
    7. 指定区域填充因子的仿真 3jQy"9f  
    ve[` 0  
     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。 uu L"o  
     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。 >2tQ')%DJ  
     因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 FWI<_KZ O  
     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)。 1o\P7P Le  
    >aXyi3B  
    C o v,#j j  
    8. 总结
    *4#)or  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ?t++IEoP  
     nN1\  
    第1步 PjZsMHW%  
    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。 JVbR5"+.  
    /NfuR$oMd  
    第2步 bb}zn'xC  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 7/QQ&7+NkS  
    扩展阅读 !_CBf#0  
    扩展阅读 7l}P!xa&  
     开始视频 *YmR7g|k  
    -    光路图介绍 "L^]a$&  
     该应用示例相关文件: 3T^f#UT  
    -     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ?g gl8bzA  
    -     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
    U@21N3_@_  
     
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