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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

u >[hLXuB  
应用示例简述 J1Oe`my  
mw~$;64;a  
1. 系统细节 ;2'/rEq4o  
 光源 K'b #}N\  
— 高斯光束 \hZye20  
 组件 5wb R}`8  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 %APeQy"6#^  
 探测器 dI~{0)s  
— 视觉感知的仿真 T 5>'q;jM  
— 电磁场分布 =Iy khrS  
 建模/设计 ,9~qLQ0O  
— 场追迹: `ex>q  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 M ~5Ja0N~  
j0A9;AP;;C  
2. 系统说明 B }  
:nxBM#:xu  
kD#hfYs)i  
3. 模拟 & 设计结果 AIt;~x  
=[YjIWr#o  
4. 总结 +}Qq#^:_\  
]".SW5b_  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0"koZd,c  
kw5`KfG9  
第1步 8 G:f[\^  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 Pk )H(,  
(gF{S* `  
第2步 gS.,V!#t  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 T49^  
y#-~L-J_R  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ; e)vk|  
7-4S'rq+  
应用示例详细内容 r%xf=};  
G>S3?jGk  
系统参数 Tr "Bz!  
m&+V@H  
1. 该应用实例的内容 NkYC(;g  
husk\  
\04 (V'`U  
2. 设计&仿真任务 I0}G, q  
@hOT< Uo  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 D[<~^R;*  
+lw*/\7  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 ]w~ECP(ap  
eOs4c`  
mEq>{l:  
4. 参数:SLM像素阵列 xs$.EY:k  
yrFl,/8&G  
YguY5z  
5. 参数:SLM像素阵列 `f\+aD'u  
I4MZ JAYk  
/e]R0NI  
应用示例详细内容 \>c1Z5H>  
@~`:sa+H  
仿真&结果 (\CH;c-@  
PQ(/1v   
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM h?-M+Ac  
 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)。 /H :Bu  
 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。 /9SNXjfbt  
aHBM9%gV  
2. VirtualLab的SLM模块 gCv[AIE_m  
.'=-@W*  
|jyD@Q,4  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 %QFeQ(b/(  
 必须设置所设计的SLM透射函数。  n[  
R/kfbV-b  
3. SLM的光学功能 la 89>pF  
aIklAj)=  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 drh,=M\F  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 s|-g)  
 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。 b%|6y  
Wo<kKkx2  
R6qC0@*  
9DaoM OPEI  
\\$wg   
 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{sYD*gK]  
uAv'%/  
>on' y+  
Zie t-@}  
gbN@EJ  
4. 对比:光栅的光学功能 og8"#%  
 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。 [OQ+&\  
 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。 Rmh u"N/q  
 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)。 +M.!_2t$2  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 7:X@lmBz=  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 !k=~a]  
<x\I*%(  
onF?;>[  
wPH1g*U  
x*0mmlCb  
5. 有间隔SLM的光学功能 8 qwOZ d  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 .:2=VLujU  
l&6+ykQ  
G?v]|wdI  
D]WU,a[$Bc  
eLyaTOZadu  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 y<n<uZ;  
@-Ln* 3n  
&-4SA j  
6. 减少计算工作量 99&PY[f:{  
Rb_+C  
I>45xVA  
采样要求: mY/x|)MmM  
 至少1个点的间隔(每边)。 IC@-`S#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。 ;Ak 6*Sr  
~{BR~\D  
采样要求:  Dv-ubki  
 同样,至少1个点的间隔。 b'TkYa^  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 >}>cJh6  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 Xsv^GmP+  
* AjJf)o  
 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。  hPgDK.R'  
 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。 $Qq5Fx9kU  
 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 ~Is-^k)y  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 * 2s(TW  
^%2S,3*0  
6yPh0n  
(X}Q'm$n\h  
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。
h6C:`0o  
7. 指定区域填充因子的仿真 YlEV@  
/d]{ #,k  
 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。 Q>[GD(8k  
 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。 o9L$B  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 oEnCe  
 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 0FEn& \2<  
L$<(HQQ J8  
+5IC-=ZB  
8. 总结
!L\P.FP7b  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 C4/p5J  
%<Te&6NU'  
第1步 u!K5jqP  
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。 GJIM^  
agMI$  
第2步 tA6x  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 pxi/ ]6pw  
扩展阅读 ql c{k/ u  
扩展阅读 n8vteGQ  
 开始视频 @F%_{6h  
-    光路图介绍 !xo; $4  
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