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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) (,QWK08  
    -mRgB"8  
    应用示例简述 ^w~B]*A :"  
    [yQ%g;m  
    1. 系统细节 SiX<tj#HH\  
    光源 ;2 &"  
    — 高斯光束 O |P<s+  
     组件 OQ?N_zs,  
    — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 \-;f<%+  
     探测器 At=d//5FFP  
    — 视觉感知的仿真 0]c&K  
    — 电磁场分布 x@rQ7K>  
     建模/设计 hd9HM5{p  
    — 场追迹: ~BJE~  
     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。 C2v_] ,]  
    ^OWG9`p+  
    2. 系统说明 J$1H3#VV G  
    S}%z0g<  
    h^tCF=S  
    3. 模拟 & 设计结果 j`RG Moq  
    HFy9b|pjy  
    4. 总结 [I4M K%YQ  
    Yr-SlO>  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 a!:N C  
    /^nIOAeE  
    第1步 A2M( ad  
    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。 pIcg+~  
    {E Ay~lo  
    第2步 jj]\]6@+P  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 "*t6KXVaM  
    >iOf3I-ATt  
    产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 rn*'[i?  
    4mo/MK&M:  
    应用示例详细内容 2Wluc37  
    ;i6~iLY  
    系统参数 bGeIb-|(  
    ")uKDq  
    1. 该应用实例的内容 C&w0HoF  
    L>sLb(2\i  
    -\?-  
    2. 设计&仿真任务 z&d.YO_W  
    PtW2S 1?j  
    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。 K}@rte  
    +X^GS^mz  
    3. 参数:输入近乎平行的激光 96V8R<   
    ]}rNxT4<  
    BkXv4|UE  
    4. 参数:SLM像素阵列 /&#y-D_  
    Zc~7R`v7}  
    WC~;t4  
    5. 参数:SLM像素阵列 ) >FAtE   
    p)/e;q^  
    3i!a\N4 K  
    应用示例详细内容 hTn"/|_SW  
    c 1F^Gj!8  
    仿真&结果 6;'[v}O^^  
    6J,h}S  
    1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ,#ZPg_x?1  
     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)。 R'c dEoy  
     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。 2w7$"N  
    mgx|5Otg  
    2. VirtualLab的SLM模块 #2_FM!e  
    YTefEG]|q  
    :;e OhZ=_  
     为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 q%;cu1^"M  
     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。 ~&)\8@2  
    u9S*2'  
    3. SLM的光学功能 [l5jPL}6  
    ESV./~K  
     在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 G^)]FwTs  
     为此,将区域填充因子设置为60%。 `S|F\mI ~  
     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。 4%r?(C0x  
    ,g7O   
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd Bn&P@C$7  
    )?[7}(4jI  
     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。 s|<n7 =J  
    {k.:DH)  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd $EFS_*<X  
    g3kbsi7_:  
    4. 对比:光栅的光学功能 ]}g\te  
     上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 1M??@@X  
     所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 M 8WjqTq  
     通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 Fw&ImRMk  
     级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 i`F5  
     这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 cF15Mm2  
    y{mt *VA4  
    ,byc!P  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd =A6*;T"W  
    QHO n?e  
    5. 有间隔SLM的光学功能 <T[LugI  
    现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 )'n@A%B  
    n}Z%D-b$  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd G]aey>)  
    W'vekuM  
    下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 }V] b4t  
    n+=qT$w)  
    }>@SyE'Q  
    6. 减少计算工作量 Jp"29 )w  
    eWv:wNouk  
    [x{$f7CEh  
    采样要求: i. 6b%  
     至少1个点的间隔(每边)。 G$Mf(S'f  
     如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 !8UIyw  
    GZaB z#U  
    采样要求: %l&oRBC  
     同样,至少1个点的间隔。 }TMO>eB'  
     假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 Fj<*!J$,  
     随填充因子的增大,采样迅速增加。 ir.RO7f  
    +g?uvXC&  
     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。 'M6+(`x  
     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。 }'wZ)N@  
     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)。 A-4;$ QSm  
     通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 m@kLZimD  
    vcQl0+&  
    [(*Eg!?W=  
    @* vVc`;  
    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。
    CJN~p]\  
    7. 指定区域填充因子的仿真 5 OWyxO3{  
    z# &1>  
     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。 %N&.B  
     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。 <MJU:m $3  
     因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 !%65YTxY-  
     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)。 '-A;B.GV%  
    xDw~n(*  
    (^iF)z  
    8. 总结
    I;JV-jDM  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 rVP\F{Q4Tr  
    7Q|<6210  
    第1步 LGuZp?"  
    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。 ,(q] $eOZ  
    fWJpy#/^*K  
    第2步 b|.Cqsb  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 L~/,;PHN  
    扩展阅读 O#;sY`fy_M  
    扩展阅读 q n-f&R  
     开始视频 3 orZBT  
    -    光路图介绍 sDNWB_~  
     该应用示例相关文件: mmJnE  
    -     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 j|pTbOgk%  
    -     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
    AHn!>w,  
     
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