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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) %hYgG;22  
    Bgc]t  
    应用示例简述 k B]`py!  
    H"AL@=  
    1. 系统细节 n Ab~  
    光源 %w65)BFQ  
    — 高斯光束 g[pU5%|"[  
     组件 \vT~2Y(K  
    — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ^)>( <6  
     探测器 66eJp-5e8  
    — 视觉感知的仿真 zs#-E_^%M  
    — 电磁场分布 (Fzy8 s  
     建模/设计 Q NMZR  
    — 场追迹: P5_Ajb(@'  
     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。 )f:i4.M  
    tp cB}HUv  
    2. 系统说明 . i4aM;Qy  
    `~u=[}w  
    X<;.  
    3. 模拟 & 设计结果 f't.?M  
    o( zez  
    4. 总结 08nh y[  
    &]n }fq  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Ie^Ed`  
    'M"z3j]m-,  
    第1步 P knOeW"j  
    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。 [6mK<A,/  
    0@ "'SKq  
    第2步 AEyD?^?  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 J2VPOn  
    ?;W"=I*3  
    产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 F7JO/U^oU  
    *% ;A85V/  
    应用示例详细内容 Cb{D[  
    U U_0@V<  
    系统参数 %;:![?M  
    ; D<k  
    1. 该应用实例的内容 n?r8ZDJ'  
    }}TPu8Rl  
    Wu$ryX  
    2. 设计&仿真任务 Sr6'$8#>Y  
    WS n>P7sY  
    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/q^|tZ{  
    t^":.}[Q  
    3. 参数:输入近乎平行的激光 \UK}B  
    u/j\pDl.  
    2: gh q  
    4. 参数:SLM像素阵列 wL),/i&<  
    .Bl:hk\  
    A2ye ^<-C.  
    5. 参数:SLM像素阵列 j67a?0<C2U  
    y{mt *VA4  
    ,byc!P  
    应用示例详细内容 =A6*;T"W  
    QHO n?e  
    仿真&结果 b_ ZvI\H  
    0j!<eN=  
    1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM q&@s/k  
     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)。 3 twA5)v  
     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。 30^q_|l:]  
    $jh$nMx)!  
    2. VirtualLab的SLM模块 Q.B)?wm  
    ;?HP/dZLz  
    |k6+- 1~_  
     为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Z]b;%:>=  
     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。 QoxYzln  
    9~~NxWY%x  
    3. SLM的光学功能 f u\j  
    yGtTD9j  
     在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 L3I$ K+c  
     为此,将区域填充因子设置为60%。 [&99#7B  
     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。 j$Ndq(<tG  
    Q9OCf"n$  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd .S,E=  
    u $-&Im<  
     此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 Fya*[)HBo  
    Z OPK  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Ox J0. "  
    -b!Z(}JK  
    4. 对比:光栅的光学功能 :|V650/  
     上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 vE(]!CB  
     所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 }@6Ze$ >  
     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)。 &Pme4IHtm  
     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。 bh5D}w  
     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。 )e0kr46  
    b EcN_7  
    Mu/(Xp62  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd P,pC Z+H  
    5T.U=_ag  
    5. 有间隔SLM的光学功能 *yT>  
    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。 ^*fD  
    (^iF)z  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ep"{{S5g  
    \VhG'd3k  
    下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 rAP="H<  
    8'@5X-nD  
    L<=Dl  
    6. 减少计算工作量 %]7 6u7b/  
    ?u:`?(\  
     ( y!o  
    采样要求: 1LS1 ZY  
     至少1个点的间隔(每边)。 I]d-WTd  
     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。 99*k&mb  
    RgV3,z  
    采样要求: sm'_0EUg  
     同样,至少1个点的间隔。 `>UUdv{C  
     假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 v@QnS  
     随填充因子的增大,采样迅速增加。 P `@Rt  
    =| T^)J  
     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。 |HT7m5tu4  
     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。 *;}xg{@  
     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)。 Z:^#9D{  
     通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 I H=$ w c  
    +pG+ xI  
    V5$ Gb6?K  
    rP]|`*B  
    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。
    OR6vA5J  
    7. 指定区域填充因子的仿真 AJ6l#j-  
    rM.Pc?Z  
     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。 xz0t8`N oN  
     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。 2iM}YCV  
     因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 kCD] &  
     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)。 D+:s{IcL<  
    AP%R*0]  
    94&t0j_  
    8. 总结
    y}oA!<#3  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 /7"V~c6  
    b?OA|JqX  
    第1步 az![u)  
    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。 <eMqg u  
    }*rSg .  
    第2步 A^M]vk%dg  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 |dEPy- Xe  
    扩展阅读 67&IaDts  
    扩展阅读 Q/3*65  
     开始视频 Kkovp^G  
    -    光路图介绍 9d|8c > I  
     该应用示例相关文件: %dnpO|L  
    -     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ?XdvZf $  
    -     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
    `},:dDHI  
     
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