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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) c,cc avv{I  
    m!{}Y]FZn  
    应用示例简述 W<J".2D  
    'dE G\?v9  
    1. 系统细节 X bF;  
    光源 ttEQgkd`  
    — 高斯光束 tTWeOAF  
     组件 ?y.q<F)  
    — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 SfKm]Z>Hp  
     探测器 kOv2E]  
    — 视觉感知的仿真 5hNjJqu  
    — 电磁场分布 K\Oz ~,z  
     建模/设计 4vri=P 2%  
    — 场追迹: h'{}eYb+   
     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。 5F@7A2ZR  
    ]1A"l!yf  
    2. 系统说明 VieX 5  
    |K},f,  
    czMu<@c [  
    3. 模拟 & 设计结果 #+mt}w/  
    6pkZ8Vp:  
    4. 总结 %s.hqr,I  
    fz%I'+!  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 adHZX  
    {`Ekv/XWa  
    第1步 ]B;GU  
    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+~\e'  
    :HSqa9>wa  
    第2步 oY!nM%z/  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Wa#!O$u  
    X#l]%IrW!  
    产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Z]$RO  
    X~/hv_@  
    应用示例详细内容 _xgF?#  
    X[L6Av  
    系统参数 u{0'" jVJ  
    bM]\mo>z<  
    1. 该应用实例的内容 l_ycYD$ZA  
    w7b?ve3-  
    t`b>iX%(1t  
    2. 设计&仿真任务 7U#`^Q}  
    = > .EDL.  
    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。 V K/;ohTTP  
    sb 3l4(8g  
    3. 参数:输入近乎平行的激光 w(w%~;\kLP  
    TH_Vw,)  
    <ex,@{n4  
    4. 参数:SLM像素阵列 $gi{)'z  
    LOY+^  
    I!(.tu6u6c  
    5. 参数:SLM像素阵列 */gm! :Ym  
    S~WsGLF s  
    Pb0+ z=L  
    应用示例详细内容 l~.}#$P]  
    z/bJDSQ  
    仿真&结果 9/$D&tRN  
    3L24|-GxH  
    1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM (bfHxkR.  
     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)。 ^%X,Rml<e  
     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。 QcyYTg4i  
    po~l8p>  
    2. VirtualLab的SLM模块 i2or/(u`  
    WNkAI9B  
    3}::"X  
     为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 D:Zpls.  
     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。 *&X.  
    {p -b,J9~a  
    3. SLM的光学功能 Y21,!$4gb  
    vt`hY4  
     在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 .Z=D|&!  
     为此,将区域填充因子设置为60%。 cnAwoTt4  
     首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 {r2-^Q HF  
    Zmf\A  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd EK:!.Fl  
    7&G[mOx0  
     此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 4]$cf:  
    7+aTrE{  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd YH`/;H=$G/  
    \LB =_W$  
    4. 对比:光栅的光学功能 H27J kZ&  
     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。 x1)G!i  
     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。 ZOl =zn  
     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)。 ^n5[pF}Gw  
     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。 >'#G$f  
     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。 {.9phW4Vr?  
    |xaJv:96%  
    (;=:QjaoZ  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd kzCD>m  
    u/FnA-L4  
    5. 有间隔SLM的光学功能 (80#{4kl  
    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。 \(_FGa4j  
    wC@5[e$  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd T*>n a8W  
    Sc "J5^  
    下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 ToIvyeFr  
    BsVUEF,N  
    uV<I!jyI  
    6. 减少计算工作量 D%cWw0Oq  
    \ief [  
     =%AFn9q  
    采样要求: k))*Sg  
     至少1个点的间隔(每边)。 =?UCtYN,P  
     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。 b7>^w<ki  
    "H>L!v  
    采样要求: h d1H  
     同样,至少1个点的间隔。 j(G}4dib  
     假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 6~\z]LZ  
     随填充因子的增大,采样迅速增加。 ~uRG~,{rH  
    :bMCmY  
     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。  G~T]m .  
     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。 MGIpo[  
     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)。 2X2,( D!  
     通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 We3*WsX\  
    /=4P< &J  
    W5*%n]s~  
    B?c9cS5Mj  
    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。
    th8f  
    7. 指定区域填充因子的仿真 .['@:}$1  
    w[PWJ! <  
     由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 ay#cW.,  
     全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 F?'=iY<h  
     因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ByeyUw  
     在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 F.?`<7  
    {e[S?1t=l  
    /h%<e  
    8. 总结
    L1*P<Cb  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 9BB<. p  
    xbrxh-gV  
    第1步 3ydOBeY  
    将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 Fa^5.p  
    (+>~6SE  
    第2步 hb9X<N+p  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 %a+X\\v2  
    扩展阅读 UiS9uGj  
    扩展阅读 L7mN&Xr  
     开始视频 (utm+*V,  
    -    光路图介绍 boo,KhW'Y  
     该应用示例相关文件: !cw<C*  
    -     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 &$  F0  
    -     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
    I.tJ4  
     
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