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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) ,1Suq\ L  
    zKx?cEpE  
    应用示例简述 1wW8D>f]K  
    UkG|5P`  
    1. 系统细节 @r%[e1.  
    光源 GL cf'$l  
    — 高斯光束 * Od_Cl  
     组件 {[jcT>.3j  
    — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 2rB$&>}T  
     探测器 Cj _Q9/  
    — 视觉感知的仿真 `a ["`N^  
    — 电磁场分布 oA(jtX[(  
     建模/设计 %+L:Gm+^g#  
    — 场追迹: <dV|N$WV  
     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。 _.' j'j%  
    qy`@\)S/5  
    2. 系统说明 |n \HxU3  
    J|W~\(W6i  
    ua/A &XQx  
    3. 模拟 & 设计结果 9jDV]!N4  
    L Bb&av  
    4. 总结 z\pT nteO  
    H~i+: X=I  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Op" \i   
    E b-?wzh  
    第1步 c+f~>AaI  
    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。 JX7_/P  
    O"<D0xzF?  
    第2步 _ "&b%!  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 |P$tLOrG  
    =<YG0K  
    产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 3Nd&*QSV  
    .5p"o-:D  
    应用示例详细内容 W2O =dG`  
    H1yl88K  
    系统参数 5n"b$hMF  
    'v GrbmK  
    1. 该应用实例的内容 I5mnV<QA^  
    b] DF7 U  
    X~*1  
    2. 设计&仿真任务 jmxjiJKP  
    O]DZb+O"  
    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。 ZN~:^,PO/  
    "a6[FqTs  
    3. 参数:输入近乎平行的激光 eGHxiC  
    'H`aQt+  
    c/DB"_}!a  
    4. 参数:SLM像素阵列 7 <*sP%6bD  
    oS 7q#`  
    -GLI$_lLF  
    5. 参数:SLM像素阵列  )o`|t  
    a[Ah  
    g,h'K  
    应用示例详细内容 0k>bsn/ j  
    {u{n b3/jl  
    仿真&结果 $ jWe!]ASU  
    wb~#=6Y  
    1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM (2RZc].M~  
     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)。 +)k%jIi!  
     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。 0-M.>fwZ=  
    2a'b}<|[(  
    2. VirtualLab的SLM模块 V|e9G,z~A  
    9_)*b  
    x ok8  
     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,Du:|3o  
     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。 \2KwF}[m  
    k%YvJXL  
    3. SLM的光学功能 s_S[iW`l=  
    uDvZ]Q|.  
     在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 F`IV9qv  
     为此,将区域填充因子设置为60%。 [0<N[KZ)  
     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。 Z`y%#B6x.  
    F6J,:  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 1O3"W;SR<:  
     G`8i{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。 )65 o  
    4WU%K`jnXb  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd zO)A_s.6K  
    wg?GEY  
    4. 对比:光栅的光学功能 6..G/,TB  
     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。 V<:scLm#OF  
     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。 = i9|lU"Va  
     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)。 mucKmb/  
     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。 cc`+rD5I-  
     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。 bwN>E+  
    7vO3+lT/Y;  
    9>?3FMKdY  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ]yI~S(  
    qM%l  
    5. 有间隔SLM的光学功能 UP]X,H~stU  
    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。 +PT/pybA  
    |rW,:&;  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd d h5%  
    K;j}qJvsb  
    下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 <4UF/G)  
    "g}mxPe  
    o^HzE;L}  
    6. 减少计算工作量 ${fJ]  
    |hGi8  
    H|@R+  
    采样要求: >wx1M1  
     至少1个点的间隔(每边)。 L WwWxerZ  
     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。 0P)"_x_  
    yvN;|R  
    采样要求: VaKBS/y"  
     同样,至少1个点的间隔。 F&pJ faig  
     假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 )/uu~9SFd  
     随填充因子的增大,采样迅速增加。 JSO'. [N  
    q8 jI y@  
     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。 sUl/9VKl  
     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。 DVC<P}/  
     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)。 BuwJR Ql.  
     通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 Qmbl_#  
    j\SvfZ0"  
    U42B( ow  
    %#gHa  
    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。
    Km/#\$|}  
    7. 指定区域填充因子的仿真 A\xvzs.d  
    x ,LQA0  
     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。 H!6nIS9yxt  
     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。 bSbUf%LKt  
     因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 7l+>WB_]  
     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)。 )o51QgPy  
    EGD&/%aC  
    [*i6?5}-  
    8. 总结
    'UW]~  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0{0A,;b  
    Pgdv)i3  
    第1步 ~r%>x  
    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。 uIeD.I'@{5  
    6xfG`7Az  
    第2步 .LQvjK[N  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ;_]Z3  
    扩展阅读 !/]vt?v#^  
    扩展阅读 cx_.+R  
     开始视频 cwK+{*ZH/  
    -    光路图介绍 I[td:9+hK@  
     该应用示例相关文件: (=de#wh2]  
    -     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 /C: rr_4=  
    -     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
    W'0(0;+G/j  
     
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