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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) ?OjZb'+=K  
    A$ 2AYQ  
    应用示例简述 X 8/9x-E_  
    pzr\<U`  
    1. 系统细节 0c}pg:XT  
    光源 n1XJ uc~  
    — 高斯光束 #Sg< 9xsW  
     组件 bqPaXH n  
    — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ,i]X^z5!  
     探测器 h95a61a,Vy  
    — 视觉感知的仿真 yj$a0Rgkv  
    — 电磁场分布 &[yW}uV<7  
     建模/设计 Q H>e_  
    — 场追迹: L/Tsq=  
     一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 X mb001  
    sh#hDU/</  
    2. 系统说明  C\`*_t  
    t GS>f>i  
    L.ML0H-   
    3. 模拟 & 设计结果 ioW&0?,Ym  
    Yq~$p Vgf  
    4. 总结 Sgp1p}  
    6Mc&gnN  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 pLdZB9oD]C  
    {D{' \]+  
    第1步 *DDqa?gQb  
    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。 )swu~Wb}U@  
    V|\dnVQ'-%  
    第2步 QJ4=*tX)  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 n9H4~[JiC  
    a>H8, a  
    产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 U0m 5Rc  
    "L9yG:  
    应用示例详细内容 "7z1V{ ;Y  
    zNo>V8B(  
    系统参数 fW3 awR{  
    Ss~yy0  
    1. 该应用实例的内容 ` W} Bc  
    dje}C bZ  
    Pd8zdzf{  
    2. 设计&仿真任务 x=I|O;"><  
    `b:yW.#w3l  
    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。 h uIvXl  
    lKSd]:3Xm  
    3. 参数:输入近乎平行的激光 )`z{T  
    $ S'~UbmYU  
    Dg=!d)\  
    4. 参数:SLM像素阵列 4:0y\M5u  
    S x0QPX  
    dd-`/A@  
    5. 参数:SLM像素阵列 bu:%"l  
    ~Gj%z+<  
    I]iTD  
    应用示例详细内容 `^mY*Cb e  
    7x''V5*j  
    仿真&结果 @%b&(x^UD  
    7#[8td  
    1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM eqQ=HT7J  
     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)。 !(i}FFn{:  
     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。 aovw'O\Q  
    I&JjyR  
    2. VirtualLab的SLM模块 %8c2d  
    e. '6q ($3  
    cCB YM  
     为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 J/xbMMb   
     必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 Ad)::9K?J  
    &cf(}  
    3. SLM的光学功能 #`o]{UfW  
    Bm$(4  
     在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 Iw[7;B5v  
     为此,将区域填充因子设置为60%。 | k?r1dj%O  
     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。 OzA'd\|  
    $'%.w|MJp  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ,a'Y^[4k?  
    L/KiE+Y  
     此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 UAEu.AT  
    ~]V}wZt>h  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd chakp!S=  
    Me2qOc^Z-  
    4. 对比:光栅的光学功能 TjY-C m  
     上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 k0@*Up3{7  
     所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 x2h5,.K  
     通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 cnraNq1  
     级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 /Bs42uJ3  
     这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 2>*b.$g  
    V.|#2gC]t  
    .C\##   
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd /8Ru O  
    x%RG>),U  
    5. 有间隔SLM的光学功能 (~N[j;W,_W  
    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:eq B&&  
    O6"S=o&  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 8;v/b3  
    t.pn07$  
    下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 Ku`u%5<  
    `M[o.t  
    d6f+[<<  
    6. 减少计算工作量 wfQ^3HL  
    "I,=L;p  
    qAW?\*n5N  
    采样要求: 5 >\~jf  
     至少1个点的间隔(每边)。 S!8gy,7<J  
     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。 `e4gneQY  
    Fk#$@^c@  
    采样要求: e#odr{2#4u  
     同样,至少1个点的间隔。 EE5mVC&  
     假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 2y5d  
     随填充因子的增大,采样迅速增加。 s8.SEk|pB  
    pD17r}%  
     为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 l05'/duuJ  
     如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 wl/1~!  
     如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 Vrn+"2pdJ  
     通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 p(6KJK\  
    VT [TE  
    .]YTS  
    4o|<zn  
    减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
    ; <l#k7/  
    7. 指定区域填充因子的仿真 t.Yf8Gy  
    }fJLY\  
     由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 -pW*6??+?  
     全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 l i) 5o  
     因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 lWakyCS  
     在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 u{&#Gci  
    #QNa| f#=  
    +Z e;BKZ3  
    8. 总结
    xmi@ XL@t  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ^X;p8uBo  
    ]$i@^3`[w  
    第1步 ~L4L|q 7  
    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。 L6./5`bs  
    s#H_ QOE  
    第2步 qLV3Y?S!L  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 8d7 NESYl  
    扩展阅读 \V#fl  
    扩展阅读 &%`WXe-`R  
     开始视频 ly#jl5wmT  
    -    光路图介绍 ;;|.qgxc~  
     该应用示例相关文件: :%>)S  
    -     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 /2'l=R5#  
    -     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
    u|cP&^S  
     
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