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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

8M!:N(a  
应用示例简述 >/|q:b^2r  
D3|I:Xm  
1. 系统细节 <&C]s b  
 光源 N-lkYL-%\j  
— 高斯光束 ZP{*.]Qu  
 组件 \rv<$d@L  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 13taFV dU  
 探测器 v:H$<~)E|  
— 视觉感知的仿真 #%DE;  
— 电磁场分布 x.-+[l[1 !  
 建模/设计 (o`{uj{!  
— 场追迹: g+z1  
 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。 AK@9?_D  
SL5Ai/X0N  
2. 系统说明 | Bi!  
S]+ :{9d  
O%bEB g  
3. 模拟 & 设计结果 }_ 9Cxji  
P&f7@MOV.P  
4. 总结 -B +4+&{T  
)ut&@]  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 B {>7-0  
=E.wv  
第1步 $< JaLS  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 WlU0:(d  
7 qS""f7  
第2步 dkz=CY3p%X  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 q@{Bt{$x  
CB^U6ZS  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 LGn:c;  
5aCgjA11  
应用示例详细内容 RCpR3iC2  
*WuID2cOI  
系统参数 hv?9*tLh0  
DA\2rLs  
1. 该应用实例的内容 9iQq.$A.  
1eF3`  
p>huRp^w  
2. 设计&仿真任务 (JOgy .5C~  
iUN Ib  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 XuFYYx~ ^3  
BI%$c~wS  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 e~=;c  
@u6B;)'l  
;>Ib^ov  
4. 参数:SLM像素阵列 xA$XT[D  
2fL;-\!y(  
?Wlb3;  
5. 参数:SLM像素阵列 T{-CkHf9Q  
JxM]9<a=4  
J| w>a  
应用示例详细内容 Tw-;7Ae  
GBPo8L"9  
仿真&结果 1G^`-ri6  
asppRL||  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM xqu}cz  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 X aMJDa|M  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 )6Fok3u  
_uy44; zq  
2. VirtualLab的SLM模块 f6&iy$@   
sBT2j~jhJ  
T4Pgbop  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 yb\_zE\  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 GjvOM y  
\!.B+7t=I  
3. SLM的光学功能 *XIF)Q=<>  
-lY6|79bF  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 W{ q U  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 vdc\R?  
 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。 hcsP2 0s  
rlOAo`hd  
-cAo@}v  
tEvut=k'  
j8 ^Iz  
 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。 2K/4Rf0;  
"#2a8#  
 iu=7O  
KJ)k =mJ  
K0|FY=#2y  
4. 对比:光栅的光学功能 ymhtX6]  
 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} /aFR  
 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。 U:0mp"  
 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)。 NJWA3zz   
 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。 1#< '&Lr  
 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。 Nk? ^1n$  
*av<E  
B9jC?I |`  
h+g_rvIG*  
\wz6~5R  
5. 有间隔SLM的光学功能 rr],DGg+B]  
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。 /[ 5gX^A  
61C7.EZZ;  
\/r}]Vz  
H)kwQRfu  
P64PPbP  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 5H<m$K4z  
;u_X)  
;PF<y9M  
6. 减少计算工作量 NX*Q F+  
5y.WMNNv{  
_^Ubs>d=*  
采样要求: qd ~BnR$=  
 至少1个点的间隔(每边)。 /=nJRC3.  
 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。 2j [=\K]  
Q%`@0#"]Sv  
采样要求: xX&+WR  
 同样,至少1个点的间隔。 _YhES-Ff  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 |.: q  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 = SMXDaH  
M6 "PX *K  
 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。 !Iy_UfW  
 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。 *SJ_z(CZm  
 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)。 tKOmoC  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 C_}]`[  
C`hU]  
o q Xg  
HAdg/3Hw  
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。
G5BfNU  
7. 指定区域填充因子的仿真 m]6mGp  
yLvDMPj  
 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。 jp%S3)  
 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。 ;WQve_\  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 0*3R=7_},o  
 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)。 I{ C SH  
{UI+$/v#  
Hk3sI-XkA  
8. 总结
Qz1E 2yJ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ,]F,Uu_H7  
0 1rK8jX  
第1步 6xx ?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。 L ca}J&x]^  
Gx/Oi)&/  
第2步 !c Hum  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 9s q  
扩展阅读 Rh{f5-  
扩展阅读 _ ]ip ajT  
 开始视频 D;*SnU(9L  
-    光路图介绍 "%w u2%i  
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