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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) *m[[>wE  
    <!derr-K  
    应用示例简述 8]xYE19=  
    i?'|}tK  
    1. 系统细节 ;AJ6I*O@+  
    光源 8l >Xbz  
    — 高斯光束 <4.j] BE  
     组件 {z |+ .D  
    — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Up\ k67  
     探测器 qR9!DQc'  
    — 视觉感知的仿真 vg*~t3{L  
    — 电磁场分布 @ [%K D  
     建模/设计 RdLk85<n  
    — 场追迹: 1n~^@f#`  
     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。 sv+ 6#  
    !u|s8tN.U  
    2. 系统说明 #bGYd}BfD  
    #F'8vf'r  
    Lm'+z97  
    3. 模拟 & 设计结果 gm7 [m}  
    yhd]s0(!  
    4. 总结 3shd0q<  
    cs*"9nKl  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ) RNB;K~s9  
    \qtdbi|Y  
    第1步  !xEGN@  
    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。 Sgn<=8,6c  
    .a9f)^  
    第2步 Jo:S *D  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 '8;'V%[+  
    pg{cZ1/  
    产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 -{NP3zy  
    Nu@dMG<5  
    应用示例详细内容 -v$ q8_$m"  
    ^#4Ah[:XA  
    系统参数 UD ;UdehC  
    K<M WiB&  
    1. 该应用实例的内容 {pC$jd>T  
    [I}xR(a@n  
    4++pK;I  
    2. 设计&仿真任务 L$v<t/W  
    bRK\Tua 6  
    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。 r\FduyOXv  
    #{@qC2!2/  
    3. 参数:输入近乎平行的激光 i'[! 'HY  
    n2Ew0-  
    $ J!PSF8PL  
    4. 参数:SLM像素阵列 >LJ<6s[=  
    $.zd,}l@L  
    g1~wg$`S8S  
    5. 参数:SLM像素阵列 -x-EU#.G  
    z&CBjlh  
    I?_WV_T&  
    应用示例详细内容 o,{]<Sm  
    5),&{k!  
    仿真&结果 '~zi~Q7M  
    _}tPtHPa/  
    1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 0KA@ ]!  
     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)。 hP$5>G(3  
     内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 }H|'W[Q.  
    ]rji]4s  
    2. VirtualLab的SLM模块 .z^O y_S{  
    lLLPvW[Q  
    g1@rY0O  
     为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 pRA%07?W  
     必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 YI2x*t!  
    M,<UnAVP-  
    3. SLM的光学功能 FIx|4[&>S  
    \cK#/;a#  
     在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 ~Gl5O`w(  
     为此,将区域填充因子设置为60%。 #X2wy$GTG  
     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。 8\p"V.o>  
    v ,zD52  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd mSGpxZ,IE  
    X2'XbG 3  
     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。 M"6J"s  
    g!^mewtd  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd p5l|qs  
    *'@ sm*  
    4. 对比:光栅的光学功能 $@84nR{>  
     上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 4K*st8+bl-  
     所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 &a)d,4e<M  
     通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 `nY.&YT  
     级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 o>|DT(Ib  
     这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 FsS.9 `B  
    Adgfo)X5  
    6W:FT Pt44  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd rp|A88Q/!  
    5F#FC89Kk  
    5. 有间隔SLM的光学功能 O^@F?CG :1  
    现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 = BbG2k  
    ^ 4*#QtO  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd uzh TNf  
    c )=a;_h  
    下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 4gZ)9ya   
    Rw hKW?r+  
    2w fkXS=~6  
    6. 减少计算工作量 T8d=@8g,%  
    _%#Uh#7P$  
    n%Oq"`w4  
    采样要求: M*D@zb0ia  
     至少1个点的间隔(每边)。 +.zX?}  
     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。 p{+F{e  
    PcjeuJZ  
    采样要求: ZD4aT1|Q7  
     同样,至少1个点的间隔。 204"\ mv  
     假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 &P"13]^@  
     随填充因子的增大,采样迅速增加。 u"m TS&  
    Z[>fFg~N4  
     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。 (p] S  
     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。 6C/Pu!Sx?  
     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)。 umCmxm r&  
     通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 aU_l"+5>vq  
    t+\<i8  
    ~(B%E'  
    |;&I$'i  
    减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
    EAy@kzY?  
    7. 指定区域填充因子的仿真 \:+ NVIN  
    `gyk e2n  
     由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 p,!IPWo  
     全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 e X6o 7a  
     因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 pl$wy}W-  
     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)。 Zr=B8wuT  
    <[u(il  
    &eqqgLz  
    8. 总结
    piqh7u3~  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 1.TIUH1  
    yr?X.Np  
    第1步 L-9;"]d~|  
    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。 (:\L@j  
    1/&^~'  
    第2步 6ND*L0  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 #2"'tHf4  
    扩展阅读  g_Rp}6g  
    扩展阅读 Ql9>i;AGV  
     开始视频 @"wX#ot  
    -    光路图介绍 <4~SFTWY  
     该应用示例相关文件: P&<NcOCL&  
    -     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 {u -J?(s}  
    -     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
    sH'0utD#Y  
     
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