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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) C7T;;1P?  
    {cX7<7N  
    应用示例简述  nFVbQa~  
    N~0$x,bR  
    1. 系统细节 GMt)}Hz  
    光源 k0=|10bi  
    — 高斯光束 1=- X<M75  
     组件 LsUFz_  
    — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 2 /UI>@By  
     探测器 w7Pe  
    — 视觉感知的仿真 #C'o'%!(  
    — 电磁场分布 <w%DyRFw3  
     建模/设计 <"{+  
    — 场追迹: }v,W-gA  
     一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 5Bzuj`  
    bmSpbX\  
    2. 系统说明 YDdLDE  
    h^Arb=I  
    18J.vcP  
    3. 模拟 & 设计结果 4bFv"b  
    R^F7a0"  
    4. 总结 pC55Ec<  
    moZ)|y  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Vl&+/-V  
    U3(L.8(sA  
    第1步 01UqDdoj  
    将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 iRkOH]+K  
    mJ7 `.  
    第2步 hVROzGZk  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 5mDVFb 3a  
    z2"2tFK  
    产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 8Q#t\$RY  
    /5a$@%  
    应用示例详细内容 *#3voJjV(  
    qT&S  
    系统参数 -zkW\O[  
    $@lq}FQ%  
    1. 该应用实例的内容 v GulM<YY  
    IiYuUN1D  
    qQ2  
    2. 设计&仿真任务 :qt82tbn  
    uKaf{=*  
    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。  -fx(H+  
    ~ `tJvUo0  
    3. 参数:输入近乎平行的激光 (UbR%A|v;  
    9F-ViDI.  
    gs^UR6 D,  
    4. 参数:SLM像素阵列 9`hpa-m@  
    0e[ tKn(  
    l{B< "+8  
    5. 参数:SLM像素阵列 =[v2   
    !nZI? z;  
    /zDSlj<c  
    应用示例详细内容 QySca(1tN  
    od|N-R  
    仿真&结果 '_Hb}'sFI  
    |hZ|+7  
    1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM @k#z &@b  
     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)。 f@,hO5h(_|  
     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。 61t-  
    * wQZ '  
    2. VirtualLab的SLM模块 Vj9`[1}1Z  
    U?+30{hb  
    ; HR\R  
     为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ;m M\, {Z  
     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。 $u0+29T2O  
    ;dpS@;v  
    3. SLM的光学功能 4Tbi%vF{  
    h}c6+@w&-  
     在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 uBd =x<c\  
     为此,将区域填充因子设置为60%。 B7x"ef  
     首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 H/ B^N,oi  
    Z7k1fv:S^  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd >cU*D:  
    UJyiRP:#]>  
     此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 2#Q"@  
    3n=O8Fp  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Hme@9(zD.  
    ` Q!FMv6Y^  
    4. 对比:光栅的光学功能 F#3$p$;B$  
     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。 -* -zU#2|  
     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。 @)!1#^(}%  
     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)。 {0m[:af&  
     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。 B'[3kJ'  
     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。 )H=[NB6J8  
    B@~eBU,$  
    Y/Gswcz  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd /Va&k4  
    RQ$o'U9A  
    5. 有间隔SLM的光学功能 dwsy(g7  
    现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 d$G%F$BTs  
    L_CEY  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd [^"(%{H  
    1.cUol nr  
    下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 tMs| UC  
    SieV%T0t1  
    DIcyXZH<  
    6. 减少计算工作量 @bVh?T0~F,  
    C#u)$Ds  
    VIlQzM;%^  
    采样要求: Fw8X$SE"  
     至少1个点的间隔(每边)。 ef1N#z%gt  
     如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。  TVEF+t  
    dpOL1rrE  
    采样要求: ZkV vL4yIK  
     同样,至少1个点的间隔。 MRY)m@*+6  
     假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 8G^B%h]  
     随填充因子的增大,采样迅速增加。 "Qm~;x2kB  
    A`ertSlbhe  
     为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 [3 ;Y:&D  
     如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 =S7C(;=4  
     如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 J&0wl]w|O%  
     通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 m{=~| I  
    nr9#3 Lb  
    YH'.Yj2  
    1)kl  
    减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
    0kr& c;~  
    7. 指定区域填充因子的仿真 Ph!NY i,  
    %X-&yGY  
     由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 o\V4qekk  
     全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 a(t<eN>b!  
     因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 sMpC4E  
     在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 .$E~.6J %i  
    di P4]/%1  
    p]IhQnj2  
    8. 总结
    K &~#@I;  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 \?]HqPibx  
    q,h.W JI  
    第1步 KcyM2hE7  
    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。 {xb%P!o`  
    F#C6.`B  
    第2步 U3iyuE  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [g 68O*  
    扩展阅读 B qiq  
    扩展阅读 tNNg[;0  
     开始视频 yA)+-  
    -    光路图介绍 xg%]\#  
     该应用示例相关文件: YyBq+6nq5  
    -     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 KKTfxNxJn  
    -     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
    ykl=KR  
     
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