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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) #jh5%@  
    J5(^VKj  
    应用示例简述 iu?gZVyka  
    a^8PB|G  
    1. 系统细节 R nwFxFIQ  
    光源 }<YU4EW  
    — 高斯光束 +0?1"2  
     组件 ez5J+  
    — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ('{aOiSH  
     探测器 K9-9 c"cz  
    — 视觉感知的仿真 :..WL;gC  
    — 电磁场分布 {-lpYD^k3  
     建模/设计 ap8q`a{j^  
    — 场追迹: zu.B>INe  
     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。 vz~Oi  
    yVp,)T9  
    2. 系统说明 7{]dh+)  
    Ia< V\$#  
    ;?k<L\zaw  
    3. 模拟 & 设计结果 ! Sw=ns7  
    M!kSt1  
    4. 总结 DJ DQH\&  
    tXqX[Td`0g  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 m8;w7S7,j~  
    $_iE^zZaU^  
    第1步 ]BUirJ,2  
    将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 O ,9^R  
    @({=~ W^  
    第2步 m^0vux  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 %ioVNbrR7  
    lKB9n}P  
    产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 EK5$z>k>m  
    ALy7D*Z]w  
    应用示例详细内容 =@0J:"c  
    TZ+ p6M8G  
    系统参数 ^86M 94k  
    bU}v@Uk  
    1. 该应用实例的内容 J jm={+@+  
    6Iqy"MQuq  
    "p*'HQ  
    2. 设计&仿真任务 p0WUF\"  
    A[8m3L#k  
    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。 v2E<~/|  
    mEbI\!}H0  
    3. 参数:输入近乎平行的激光 rVqQo` K\  
    n."n?C'{  
    Ny^f'tsA  
    4. 参数:SLM像素阵列 K6t"98  
    '.1P\>x!]  
    mf3,V|>[\  
    5. 参数:SLM像素阵列 c )LG+K  
    4U\}"Mk  
    MzX&|wimb  
    应用示例详细内容 (^35cj{s  
    nj'5iiV`]  
    仿真&结果 Jz~:  
    uQKQC?w  
    1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 0M"n  
     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)。 %+=;4tHJ  
     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。 7H5VzV  
    E<Zf!!3  
    2. VirtualLab的SLM模块 zXx/\B$&d*  
    XZ~kXE;B(  
    X'jyR:ut#  
     为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 g ns}%\,  
     必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 9gcW;  
    &U7v=a  
    3. SLM的光学功能 I09 W=  
    Tj#S')s8  
     在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 ~c35Y9-5  
     为此,将区域填充因子设置为60%。 ?E"192 ,z@  
     首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 | J3'#7  
    46}U +>  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 3e&+[j  
    `P;r[j"  
     此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 RJ'[m~yl5X  
    "-$}GUK?Z  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd (vO3vCYeQ  
    q4[}b-fF  
    4. 对比:光栅的光学功能 P|<V0 Vs.  
     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。 C '( Y  
     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。 9?H$0xZV  
     通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 a#=d{/ ab  
     级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 TQT3]h6  
     这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 'vd&r@N  
    =U3S"W %  
    |CDM(g>%  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd zsXgpnlHT  
    reN\| ?0{  
    5. 有间隔SLM的光学功能 &SE}5ddC7  
    现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 g:M;S"U3*Y  
    C8|V?bL  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd -U/)y:k!%  
    fWmc$r5n](  
    下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 7H Dc]&z  
    x#EE_i/W  
    $&as5z8  
    6. 减少计算工作量 |reA`&<q  
    ; BN81;  
    o9 9ExQ.  
    采样要求: fEZuv?@  
     至少1个点的间隔(每边)。 vTK%4=|1}!  
     如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 m[}k]PB>  
    +& B?f  
    采样要求: 7\6g>4J^`  
     同样,至少1个点的间隔。 IE`3I#v  
     假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 0V1GX~2  
     随填充因子的增大,采样迅速增加。 hik.qK  
    ^/ "}_bR  
     为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 @ b!]Jw  
     如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 ]@#9B>v=  
     如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 :*}Q/]N  
     通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 B>fZH \Y  
    !zX() V  
    % "(&a'B  
    F@u7Oel@m  
    减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
    |Mb{0mKb  
    7. 指定区域填充因子的仿真 "U}kp#)  
    ;7P '>j1?U  
     由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 spV7\Gs.@  
     全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 j L|6i-?!  
     因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 l(Rn=?  
     在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 9lb?%UFe  
    /3ohm|!rW  
    G,)zn9X  
    8. 总结
    e=0]8l>\V  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 2<@2_wSJ  
    PFJ$Ia|  
    第1步 Hh% !4_AMw  
    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。 J#(AX6  
    V'i-pn2gyu  
    第2步 t1?aw<  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 sLr47 NC  
    扩展阅读 w5%Yi {  
    扩展阅读 UGO#o`.G}  
     开始视频 KnG7w^  
    -    光路图介绍 no*)M7  
     该应用示例相关文件: $:~;U xh=  
    -     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 MNu0t\`p4  
    -     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
    RNk|h  
     
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