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infotek 2021-11-10 09:26

空间光调制器像素处光衍射的仿真

Eqx2.S  
空间光调制器像素处光衍射的仿真
时间:2016-11-24 20:12来源:未知作者: infotek点击:次打印
G8]DK3#  
空间光调制器(SLM.0002 v1.1)
;3\oU$'  
j=r aS  
应用示例简述 |r5e#3w  
/(/Z~J[  
1. 系统细节 4!%@{H`3  
 光源 j@yK#==k  
— 高斯光束 Vjv~RNGF  
 组件 5m.{ayE  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统  z]/;?  
 探测器 ->BGeP_=|  
— 视觉感知的仿真 j`fQN  
— 电磁场分布 J%8M+!`F  
 建模/设计 yH\3*#+  
— 场追迹: L5+X&  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 hW^*b:v{  
Se0!-NUK0  
2. 系统说明 2#<)-Cak  
sj;n1t}$S  
AXnuXa(j  
3. 模拟 & 设计结果 ~0;l\^  
W^a-K  
4. 总结 5=;LHS*   
we4k VAn  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 gD13(G98  
>GbCRN~  
第1步 Dd:TFZo  
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。 pKxsK^O5[  
-<g&U*/E  
第2步 S]}hh,A  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ^{V t  
(D.B'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。 cO8':P5Q  
a#huK~$~  
应用示例详细内容 R6(sWN-  
t2L }  
系统参数 ?S*Cvr+=4  
O c[F  
1. 该应用实例的内容 wjq;9%eXk  
[~aRA'qJ{V  
Qu  x1N  
2. 设计&仿真任务 %>z4hH,  
>/]` f8^  
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。
0[# zn  
4# L}&  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 6-fdfU  
}Wk^7[Y  
8Q{"W"]O7  
4. 参数:SLM像素阵列 Q.U wtH  
P&>!B,f  
bpr  
5. 参数:SLM像素阵列 s~z~9#G(6  
.jXD0~N8q  
'%H\ k5^  
应用示例详细内容 'bd|Oww1u  
Nv~H797B  
仿真&结果 eP?=tUB!S  
y6hb-: #1  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM F3?PlH:Y  
 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)。 D<QE?:#  
 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。
s3/iG37K  
9hTzi+'S  
2. VirtualLab的SLM模块 <hV%OrBz-  
@^2?97i c  
FwjmC%iY  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 N|rB~  
 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。 8ofKj:W]  
vG{lxPIj  
3. SLM的光学功能 x 8/I"!gI  
'!DS3zEeLS  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 $(r/N"6)O2  
 为此,将区域填充因子设置为60%。  z@8W  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 sQXj?5!  
rRQKW_9mB  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd zR!p-7_w  
(-[73v-w  
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 0! W$Cz[  
S8dX8,qg  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd W\pO`FL  
CX}==0od  
4. 对比:光栅的光学功能 IA;'5IF  
 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。 %B~@wcI)W  
 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。 lDX\"Fq  
 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)。 1!=^mu8  
 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。 a;h.I}*]  
 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。 1PUeU+  
KCl85Wi'  
vveL|j  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Rn_FYP  
Fd;%wWY.zm  
5. 有间隔SLM的光学功能 Fl}{"eCF8  
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。 *A ([1l&]i  
)?MUUI:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd #8/pYQ;  
m>9j dsqB  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 I /z`)  
l3:2f-H   
EM7Z g 65  
6. 减少计算工作量 ku5vaP(  
c0v6*O)  
z=6zc-$y 9  
采样要求: ".7\>8A#a  
 至少1个点的间隔(每边)。 ( u^`3=%n  
 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 x~u"KU2B  
@h,3"2W{Ev  
采样要求: VCX^D)[-  
 同样,至少1个点的间隔。 fZavZ\qU  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 E*"oA1/I  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 WNSY@q  
0^83:C ^{  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 /^sk y!  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 |" ag'h  
 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 LaX<2]Tx:  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 BMO&(g  
-oT3`d3  
Tn"^`\m  
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
g `(3r  
dUH+7.\  
7. 指定区域填充因子的仿真 R.Kz nJ  
uH |:gF^  
 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 {u[_^  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 V~sfR^FQ'  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 UuCRQNH  
 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 :E.T2na  
r1BL?&X-  
k`B S{,=  
8. 总结 x c|1?AFj  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ]oLyvG  
V-9\@'gc  
第1步 DJb9] ,=a  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 >BZ,g!N,J}  
30W.ks5(  
第2步 f0{j/+F_o  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ?&-$Zog  
扩展阅读 PsM8J  
扩展阅读 6x;!E&<  
 开始视频 g?N^9B,$2  
-    光路图介绍 p"0Dl9  
 该应用示例相关文件: jAdZS\?w  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 e5d STc`  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究

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