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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

H"V)dEm  
应用示例简述 A6Wtzt2i  
 OF( tCK  
1. 系统细节 <+`}: A  
 光源 lIatM@gU  
— 高斯光束 &!8u4*K5j  
 组件 fd1z XK#Z2  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 w 1O)  
 探测器 SYv5{bff =  
— 视觉感知的仿真 !R$t>X  
— 电磁场分布 SciEHI#  
 建模/设计 +]# p m9  
— 场追迹: cvnRd.&  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 iM{aRFL  
@IBU{{  
2. 系统说明 EMS$?"K  
u|&a!tOf2  
@p7*JLO  
3. 模拟 & 设计结果 'A#l$pJp7  
g _u  
4. 总结 a#P{[  
-;[,`g(f  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 H:L<gv(rG  
6\/(TW&  
第1步 U\tujK1  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 =a./HCF  
j1P#({z[  
第2步 ^ Hv4t   
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 JVNp= ikK  
?(j:F2dU~  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 -$kA WP8P4  
O8w|!$Q.  
应用示例详细内容 o[K,(  
%>k$'UWzK  
系统参数 25jgM!QBXF  
Ceak8#|4  
1. 该应用实例的内容 LD)P. f  
x-=qlg&EI  
Ba]^0Y u  
2. 设计&仿真任务 EEO)b_(  
/%T d(  
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。 %$SO9PY  
G8!* &vR/  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 [cf!%3>53  
.uu[MzMIu  
<Yy|.=6 D  
4. 参数:SLM像素阵列 4BAG GD2  
vTUhIFa{  
"iTi+UZxe  
5. 参数:SLM像素阵列 !%%(o%bi~  
\ POQeZ  
H{j jA+0  
应用示例详细内容 6'1m3<G_  
/%w3(e  
仿真&结果 n|f Huv  
0P_3%   
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 2uM\?*T@  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 eUE(vn#  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 &S+o oj  
V`XtGTx  
2. VirtualLab的SLM模块 :LEC[</yvl  
H|*Ual  
@fG 'X  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 (S1Co&SX  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 6E@qZvQ  
}:a:E~5y  
3. SLM的光学功能 N.@@ebuE  
<m X EX`?  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 rGb<7b%  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 mJL=H  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 -{rUE +  
X(*MHBd  
5|0}   
hO] vy>i;  
| )M>;q   
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 XdxSi"+  
W 2.Ap  
NANgV~Y&  
@Xg5 E  
!{%BfZX<&  
4. 对比:光栅的光学功能 S{#L7S  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 Ek%mX"  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 A{Dy3tm=  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 Ny2. C?2  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 @m+2e C77  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 HS >B\Ip"  
^(on"3sG  
hWD%_"yhd  
ft><Ql3  
{~cM 6W]f  
5. 有间隔SLM的光学功能 zVyMmw\  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 AMf{E  
qe<aJn  
j;SK{Oq  
ykat0iqo  
_-5|"oJ  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 5~GH*!h%;  
BOdd~f%&tn  
Z b}U 4  
6. 减少计算工作量 !THa?U;  
33z^Q`MTC  
&.1qixXIr  
采样要求: Jy?; <  
 至少1个点的间隔(每边)。 My<.^~  
 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 uyDPWnYk  
3}kG ]#  
采样要求: 6%L#FSI  
 同样,至少1个点的间隔。 [D_s`'tg  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 o'J^kd`  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 92XG|CWX  
@|'$k{i  
 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。 i# bcjH  
 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。 ^ DCBL&I  
 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)。 "el}9OitC  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 r&3EM[*Iw  
fR>"d<;T  
ZgA+$}U)uW  
&t:~e" 5<  
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。
7A"v:e  
7. 指定区域填充因子的仿真 ^?5HagA  
lsA?|4`mn  
 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。 QERj`/g  
 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。 \c4D|7\=  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 9 iV_  
 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)。 `G:I|=#w  
U(/8dCyyY  
U%)-_ *`z  
8. 总结
{H3B1*Dk  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 kX%vTl7F  
Qo\?(E M  
第1步 j: E3c\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。 {PKf]m  
*I.eCMDa  
第2步 46U*70  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 LK+67Y{25  
扩展阅读 |eI!wgQx  
扩展阅读 yT|44 D2j  
 开始视频 qs {wrem  
-    光路图介绍 G@P+M1c  
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