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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

]7VK&YfN  
应用示例简述 d9^=#ot  
9Q.j <  
1. 系统细节 SjJUhTb  
 光源 ~P/G^cV3s  
— 高斯光束 b#y}VY)?  
 组件 qh&K{r*T  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 5o72X k  
 探测器 []Fy[G.)H  
— 视觉感知的仿真 R -h7c!ko  
— 电磁场分布 3$kZu  
 建模/设计 'rF TtT  
— 场追迹: L`Ic0}|lzy  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 @e Myq1ZU  
e1IuobT  
2. 系统说明 *Z0}0< D@Z  
5$#<z1M.&  
UG!&n@R  
3. 模拟 & 设计结果 >N3{*W  
AVJF[t,  
4. 总结 pTN_6=Y"  
^{Vm,nAQqs  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 stDn{x .  
)l"0:1Ig  
第1步 x``!t>)O  
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。 y%GV9  
L{Th>]X  
第2步 m2}&5vD8-  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 *PI3L/*  
tT v@8f  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 m:^@AR1%d  
IR>K ka(B  
应用示例详细内容 iKK=A.g  
K)v(Z"  
系统参数 <AIsNqr  
Xmnq ZWB  
1. 该应用实例的内容 0hv[Ff  
?y '.sQ  
jsG9{/Ov3  
2. 设计&仿真任务 %z2nas$$g  
^g0 Ig2'  
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。 j[HKC0C6  
! of7]s  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 f*I5 m=  
J\%:jg( m  
e,x@?L*  
4. 参数:SLM像素阵列 0N}5sF  
& p%,+|  
{NFeX'5bP  
5. 参数:SLM像素阵列 3}+/\:q*  
H z6H,h  
(r|T&'yK  
应用示例详细内容 = MXF`k^}  
:.~a[\C@V<  
仿真&结果 s=$7lYX  
p"JSYF 9]  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM P]TT  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 0{ ,zE  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 }/LYI  
X XF9oy8  
2. VirtualLab的SLM模块 4 hj2rK'y  
0L1P'*LRU  
Y}Dp{  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。  Ntqc=z  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 \w:u&6,0O  
j\vK`.z  
3. SLM的光学功能 ^AM_A>HnG  
l=oVC6C  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 EK'&S=]  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 e%P;Jj476  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 7m jj%  
WNx^Rg" >'  
bXfOZFzq)  
`%Ghtm*  
@v'D9 ?  
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 zbR.Lb  
xo%iL  
)k1,oUx  
w?*KO?K  
<8bO1t^*  
4. 对比:光栅的光学功能 2mO#vTX4  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 D 6]$P%t9  
 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。 iF0a  
 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)。 ~Qsj)9  
 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。 +E:(-$"R  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 q+z\Y?  
{q)B@#p  
:2My|3H\  
e^GW[lT  
OT[m g4&  
5. 有间隔SLM的光学功能 J*Hn/m  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 _HK& KY  
VB\6S G  
##@#:B  
) T1 oDk  
"6d bRo5%  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 kn"x[{d  
/RC!Yi  
|BkY"F7m9  
6. 减少计算工作量 hn|E<  
T/;hIX:R  
<`3(i\-X  
采样要求: C6M/$_l&a  
 至少1个点的间隔(每边)。 b1u'ukDP\  
 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。 D.o|($S0  
orHD3T%&  
采样要求: Y/66`&,{  
 同样,至少1个点的间隔。 cv4M[]U~  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 \Ji2u GT  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 1.H!A@  
I0vn d7  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 "V0:Lq  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 )JQQ4D  
 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 A4FDR#  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 grdyiBSVn  
J\+gd%  
PL$F;d  
PJ@,01  
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。
8VmN? "5v  
7. 指定区域填充因子的仿真 t)Q @sKT6  
. b`P!  
 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。 b DS1'Ce  
 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。 Z{4aGp*  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 +i#sS19h  
 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)。 >Ron+ oe  
Q|KD/s??  
XHM"agrhSQ  
8. 总结
Q3%# o+R>  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 6xIYg^  
r_,m\'~s !  
第1步 Yb3f]4EH  
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。 .0E4c8R\X  
0,$-)SkT  
第2步 ]MLLr'6?  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 !b->u_  
扩展阅读 tW:/R@@  
扩展阅读 wv.Ul rpx.  
 开始视频 6q[!X0u  
-    光路图介绍 h_chZB'  
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