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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) t&Os;x?To?  
    Z}A%=Z\/3  
    应用示例简述 P #F=c34u  
    p,pR!qC>  
    1. 系统细节 )?M9|u  
    光源 K ]OK:hY4  
    — 高斯光束 }0`nvAf  
     组件 , B&fFis  
    — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 8 #X5K  
     探测器 )Dp/('Z2  
    — 视觉感知的仿真 X0;4_,=  
    — 电磁场分布 GsbAlNP  
     建模/设计 `dMqe\o%!  
    — 场追迹: p47S^gW  
     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。 e7fiGl  
    v1k)hFjPK  
    2. 系统说明 49Df?sx  
    G'zF)0oD  
    M}_ i52  
    3. 模拟 & 设计结果 _ ~RpGX  
    w:Jrmx  
    4. 总结 gw`B"c|  
    m+{K^kr[  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 cWGDee(  
    }),w1/#5u8  
    第1步 _ 7PMmW@  
    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。 cr?7O;,  
    ]nQt>R p_  
    第2步 1CPjil*eb  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 >3:?)  
    dt[k\ !-v  
    产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 KV|}#<dD  
    =Cv/Y%DN  
    应用示例详细内容 LAx4Xp/  
    6OiSK@<Hk  
    系统参数 T&T/C@z'R  
    ?6c-7QV  
    1. 该应用实例的内容 2#X4G~>#h  
    O=)  
    >vrxP8_  
    2. 设计&仿真任务 *'"T$ib  
    k{tMzx]F__  
    由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 SxyONp.$\  
    ,U*)2`[  
    3. 参数:输入近乎平行的激光 |8%m.fY`  
    VN4yn| f/  
    2>} xhQJ  
    4. 参数:SLM像素阵列 o }Tz"bN  
    H7+X&#s%  
    ?::NO Dg  
    5. 参数:SLM像素阵列 RWgDD;&_[a  
    &X9Z W$C  
    ~zm 7?_"@]  
    应用示例详细内容 #X: 'aj98  
    ES<1tG  
    仿真&结果 1%M&CX  
    M >:]lpRK  
    1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM >$gG/WD?KR  
     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)。 6#}93Dgv4  
     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。 oHM ]  
    >Sa*`q3J  
    2. VirtualLab的SLM模块 G.+l7bnZM  
    ?^' 7+8C*J  
    l5Y/Ok0,  
     为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 rzrl>9 h  
     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。 M)?dEgU}M  
    : FAH\  
    3. SLM的光学功能 k&#a\OJ7u  
    bG&"9b_c  
     在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 QQk{\ PV  
     为此,将区域填充因子设置为60%。 rA0,`}8\  
     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。 UX`]k{Mz  
    y AF+bCXo  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 8,?v?uE  
    e73^#O&Xt  
     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。 , xx6$uZ  
    4@ILw  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd _2fkb=2@  
    &m3.h!dq  
    4. 对比:光栅的光学功能 kH*Pn'  
     上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 >idBS  
     所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 Bhp OXqg  
     通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 @/ J [t  
     级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 [#" =yzR<3  
     这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 C8@TZ[w  
    r%wA&FQ8U  
    /9Q3iV$I]  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd CZ 2`H[8  
    B bhfG64  
    5. 有间隔SLM的光学功能 a\kb^D=T  
    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。 Ap&)6g   
    : Ud[f`t  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd F0~k1TDw  
    e"-X U@`k1  
    下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 +y[@T6_  
    | sqZ$Mu  
    <Y 4:'L6  
    6. 减少计算工作量 OwzJO  
    JnD {J`:  
    N\t1T(C|  
    采样要求: N)R[6u}  
     至少1个点的间隔(每边)。 PZ:u_*Vu`  
     如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 M"=n>;*X  
    "re-@Baw  
    采样要求: "SWMk!  
     同样,至少1个点的间隔。 dYFzye  
     假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 RKd  
     随填充因子的增大,采样迅速增加。 9z m|Lbj  
    (A k\Lm  
     为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 [~5p>'  
     如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 KYJ1}5n  
     如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 z^* '@  
     通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 )!9Ifk0KH  
    gLD`wfZR  
    ;SwC&.I  
    5`^o1nGO'  
    减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
    #$S}3 o  
    7. 指定区域填充因子的仿真 h4&;?T S  
    c"YXxA J  
     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。 PL0`d`TI  
     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。 &Y|Xd4:  
     因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 #~:P}<h  
     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)。 n[xkSF^)  
    Df07y<>7Q  
    S{F-ttS"  
    8. 总结
    [um&X=1V8  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 = Je>`{J  
    +,'T=Ic{  
    第1步 H(+<)qH  
    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。 T~4mQuYi  
    ,a|@d} U  
    第2步 9pWy"h$H  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,1n >U?5  
    扩展阅读 ~d>%,?zz  
    扩展阅读 Z%o7f6P0IX  
     开始视频 ={(j`VSUX0  
    -    光路图介绍 I\P Bu$Ww  
     该应用示例相关文件: ?dy~ mob  
    -     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计  {E9v`u\  
    -     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
    O0~vf[i];  
     
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