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infotek 2023-03-29 08:48

空间光调制器像素处光衍射的仿真

v9rVpYc"  
应用示例简述 76u{!\Jo/{  
H&bh<KPMh  
1. 系统细节 L\L"mc|O  
 光源 X *O9JGh  
— 高斯光束 &@6 GI<  
 组件 XWtiwf'K  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 TQJF+;%  
 探测器 Z`s!dV]e9  
— 视觉感知的仿真 )%VCzye*{  
— 电磁场分布 t$ZkdF  
 建模/设计 <*Ub2B[m  
— 场追迹: k[9A,N^lZB  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 m}5q]N";x  
fHfY}BQS  
2. 系统说明 _whF^g8  
T3z(k la  
eYEc^nC,c)  
3. 模拟 & 设计结果 jczq `yW  
fsvYU0L  
4. 总结 G{o+R]Us  
H$tb;:  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 :Jl Di>B  
0S.?E.-&0  
第1步 WZ?!!   
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。 *jF#^=  
\r;F2C0*i  
第2步 l>7r2;  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 FkB{ SC J  
t5) J;0/  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 F=}Z51|:~  
\hbiU ]  
应用示例详细内容 _M5Xk?e=  
3eKQ<$w  
系统参数 }-p,iTm  
yd>}wHt  
1. 该应用实例的内容 )ooWQ-%P  
/s[DI;M$o  
=.b Y#4  
2. 设计&仿真任务 ' msmXX@q  
lLCdmxbT  
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。 ` X}85  
<*Y'lV  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 p4wr`" Zz  
GZ8:e3ri  
Y&~M7TYb  
4. 参数:SLM像素阵列 M<[ ?g5=#  
U)[ty@zyF  
c_1/W{  
5. 参数:SLM像素阵列 R0<< f]  
yVS\Q,:J9  
A1A3~9HuK  
应用示例详细内容 U8O(;+  
Qb`C)Nh:  
仿真&结果 ( v@jc8y  
>&Fa(o;*  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 5 =Z!hQ}  
 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)。 \FifzKA  
 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。 FC}oL"kk  
iV hJH4  
2. VirtualLab的SLM模块 daX*}Ix  
- DL"-%X.  
@2e2^8X7f  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 l`gTU?<xd  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 D;js.ZF  
8#f$rs(}  
3. SLM的光学功能 )+Y&4Qu  
f\K#>u* Q  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 qtzRCA!9(Z  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 7GZq|M_:y  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 >o[|"oLO  
oJY[{-qW  
-7`-wu  
7Dt"]o"+  
]k+m=OR{/  
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 2u:4$x8  
C6@t  
+Me2U9  
rsF:4G"%  
c> G@+  
4. 对比:光栅的光学功能 77Q}=80GU;  
 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。 2)\vj5<~$  
 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。  c8DZJSO  
 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)。 (5`T+pAsV  
 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。 .JAcPyK^  
 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。 .3wY\W8Dr-  
LprM;Q_  
=!<G!^  
SS8ocGX  
H(qm>h$bU  
5. 有间隔SLM的光学功能 ^ KH>1!  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 xncwYOz  
3Gd0E;3sk~  
'29WscU  
oR %agvc^^  
=nhzMU9c\y  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 b5 Q NEi  
(9GbG"   
M|%c(K#E,3  
6. 减少计算工作量 ;<-7*}Dj  
Z?1OdoT-  
K]"Kf{bx  
采样要求: PqEAqP  
 至少1个点的间隔(每边)。 JR1 *|u  
 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 J{ ~Rxa  
r_2b tpL^  
采样要求: -g~~]K%  
 同样,至少1个点的间隔。 r95zP]T  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 UqtHxEI%R~  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 S< x:t(  
_01Px a2.  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 =_QkH!vI  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 ~@fR[sg<  
 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 .#!mDlY;  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 rYGRz#:~+  
")M;+<c"l  
~`Sle xK|}  
C1QWU5c v  
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
4}-#mBV]/  
7. 指定区域填充因子的仿真 &jm[4'$ *z  
=Ahw%`/&}]  
 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。 CEqZ:c  
 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。 0Hcbkep9D  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 2 sSwDF  
 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)。 E1W:hGI  
]^@0+!  
e &3#2_  
8. 总结
2Xgx*'t\  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 mo9$NGM&}  
RWikJ   
第1步 Ae3,^  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 QS\ x{<e/  
Taasi` k  
第2步 }ywi"k4>  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 AZ wa4n}"  
扩展阅读 RgGA$HN/  
扩展阅读 rzV"Dm$'  
 开始视频 z%};X$V`J  
-    光路图介绍 F5IZ"Itu(  
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