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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

N0h"EV[  
应用示例简述 9~DoF]TM  
2jf-vWV_  
1. 系统细节 ?w1_.m|8u  
 光源 !ec\8Tj  
— 高斯光束 wxARD3%  
 组件 l tr =_  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ` !HGM>  
 探测器 *Wv]DV=\  
— 视觉感知的仿真 >De\2gbJ  
— 电磁场分布 o_p//S#q  
 建模/设计 e@s+]a8D-k  
— 场追迹: I.j`h2  
 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。  gM20n^  
C_?L$3 U0  
2. 系统说明 EN()dCQHr  
'8~7Ru\KyX  
$!Z6?+  
3. 模拟 & 设计结果 ehI*cf({  
\pB"R$YZ6  
4. 总结 %-|Po:6  
X&h4A4#P  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *KF:  
59 O;`y0  
第1步 q[Hx y  
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。 VcT(n7  
FGBPhH% (8  
第2步 u#?K/sU  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 y@'8vOh`  
5UR$Pn2a2  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 <0vQHND,3  
}-k<>~FA  
应用示例详细内容 <DiD8")4  
/yyed{q  
系统参数 [kgT"?w=  
ePK^v_vBD  
1. 该应用实例的内容 9]BpP0f\  
IP$^)t[  
too=+'<N</  
2. 设计&仿真任务 s d>&6 R^  
XQ--8G  
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。 ,:G.V  
~N;.hU%l  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 Ttb @98  
vY<(3[pp  
CN\SxK`,  
4. 参数:SLM像素阵列 s%>>E!Qi_  
eP|:b &  
b~  
5. 参数:SLM像素阵列 B cd6 ~  
EYd`qk 3  
97e fWYj  
应用示例详细内容 [ECSJc&i  
<g5Bt wo%  
仿真&结果 @3c5"  
xIf,1g@Cq9  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Axhe9!Fm  
 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)。 b[? 6/#N  
 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。 X{o.mN  
s<H0ka@  
2. VirtualLab的SLM模块 )?joF)  
p@/!+$^{  
^.&uYF&  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 5Jd&3pO  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 6*gMG3  
"2}04b|"  
3. SLM的光学功能 rJ]iJ0[I  
v2G_p |+O  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 *TVr| to  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 C,hs!v6  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 K_bF)6"  
k/=J<?h0  
1Z6<W~,1OM  
*L%HH@] %_  
1Wtr_A  
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 ]8*g%  
_W/s=pCh  
a[]=*(AZI  
*oL?R2#7  
di>"\On-  
4. 对比:光栅的光学功能 ?P ,z^  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 T|Sz~nO}f  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 >B U 0B  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 Mi,yg=V  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 nZ>qM]">u  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 2aX|E4F  
iUFS1SN \  
IkFrzw p  
Bab`wfUve  
fAm^-uq[  
5. 有间隔SLM的光学功能 SGre[+m~m  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 O;9u1,%w  
I!dA{INN  
;"-(QE?Mv  
_d 76jmujJ  
0=#:x()e  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 fPZt*A__  
U748$%}]  
v{Al>v}}n  
6. 减少计算工作量 *9y)B|P^  
I?uU }NK  
I;<0v@  
采样要求: s]50Y-C  
 至少1个点的间隔(每边)。 !?Gt5$f  
 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。 G|Rsj{2'  
z85%2Apd  
采样要求: m~'!  
 同样,至少1个点的间隔。 KV9'ew+M  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 bGOOC?[UX  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 @X+m,u  
]W~\%`#8?  
 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。 '#!nK O2<  
 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。 :m]~o3KRy  
 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)。 7DDd 1"jE  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 U(P^-J<n1  
6=U81  
NY 756B*  
aUa.!,_dh  
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。
Ok2KTsVl  
7. 指定区域填充因子的仿真 GK .^Gd  
pYf57u  
 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。 :7UC=GKQk  
 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。 Yz]c'M@  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 AD K)p?  
 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)。 rR]U Ff  
Z^E>)!t  
1AQVj]#S  
8. 总结
mivb}cKM  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <}t~^E,  
FlGU1%]m  
第1步 6D|[3rXr  
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。 3}dTbr4y  
WJWi'|C4  
第2步 .7&V@A7  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 s|F}Abx,^  
扩展阅读 E@ J/_l;  
扩展阅读 bCMo8Xh  
 开始视频 5;'(^z-bL  
-    光路图介绍 DmU,}]#:  
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