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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

z]KJ4  
应用示例简述 X(BX+)YR  
)!U@:x\K  
1. 系统细节 i6$HwRZm#  
 光源 *3]2vq  
— 高斯光束 ~0[(-4MA  
 组件 |~#A?mK-  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 `PUxR8y  
 探测器 T]/5aA4  
— 视觉感知的仿真 + )z5ai0m  
— 电磁场分布 =M}tet }  
 建模/设计 n^b CrvD  
— 场追迹: K#'$_0.  
 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。 'nq~1 >i  
+o'xyR'(  
2. 系统说明 A@Lr(L  
Qv g_|~n  
?JTTl;  
3. 模拟 & 设计结果 'p78^4'PL  
:I2,  
4. 总结 Bp@\p)P(  
f*A B Im  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 eo@8?>}{X  
.C &kWM&j  
第1步 'Z:wEt!  
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。 R*D5n>~  
*&\6x}.I4  
第2步 w{u,YM(Q  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 `.dwG3R  
kr@!j@j$  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ;(jL`L F  
@t@B(1T  
应用示例详细内容 )_OGt[_H  
XR 3 dG:  
系统参数 Q2)(tB= )  
9[teG5wA a  
1. 该应用实例的内容 +IWf~|s  
.t8hTlV?<B  
}s:3_9mE  
2. 设计&仿真任务 wjZ Q.T!  
,G-  
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。 XA(.O|VZ  
|z"$^|@d?  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 N{ $?u  
z@o6[g/*Q  
%#PWD7a\  
4. 参数:SLM像素阵列 /hmDeP o}  
l'M/et{:  
xK)<7 63q>  
5. 参数:SLM像素阵列 A.@wGy4  
$Ff6nc=  
-QR]BD%J*[  
应用示例详细内容 n~BQq-1  
_Pa@%/  
仿真&结果 if*~cPnN  
8DMqjt3B  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM &j ; 91wEn  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 _L` uC jA  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 :Ny[?jt c  
;DhAw1  
2. VirtualLab的SLM模块 ->o[ S0  
tCoE4Ed  
V6_5v+n  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 `HnZ{PKf  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 WNb2"W  
n/ :#:  
3. SLM的光学功能 {Rb;1 eYj  
t#8QyN  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 I<,~>'cq.  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 I Z*)  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 -!mtLaLw  
Y~Vc|zM^(  
[u=yl0f  
2<h~: L  
+-SO}P  
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 zHg=K /  
"w0~f6o  
?b'(39fj  
b/JjA  
iPY)Ew`Im  
4. 对比:光栅的光学功能 Q9h=1G\K  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 rZ5xQ#IA  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 0u&x%c  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 @%*@Rar  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 2A =Y  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 TuPD5-wB&  
yiXb<g+B  
R]Z#VnL@qz  
S!x;w7j  
1JdMw$H  
5. 有间隔SLM的光学功能 cTn (Tv9s  
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。 UWhHzLcXh  
6I=xjgwvf  
|+JO]J#bc  
J7oj@Or9  
5D?{dA:Rq  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 ]Ol w6W?%  
v$x)$/]n  
7J`v#  
6. 减少计算工作量 xh CQ Rw  
-^t.eZ*|  
hVT>HER  
采样要求: zFipuG02  
 至少1个点的间隔(每边)。 5 8L@:>"  
 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。 _*[vKS A&  
UY,u-E"  
采样要求: xaB#GdD  
 同样,至少1个点的间隔。 7bE`P[  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 ]5:[6;wS  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 @MFEBc}  
$sb@*K}:4  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 >Wx9a"H^(  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 'qo(GGC M  
 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 n ~&ssFC  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 d!Ws-kzE  
 &z*4Uij  
*%_M?^  
`WxGU  
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
mr_NArF  
7. 指定区域填充因子的仿真 WLh!L='{BK  
8@rF~^-_  
 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。  ]SL+ZT  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 s(s_v ?k  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 9^C6ZgNS  
 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 p14$XV  
: 4lR`%  
@n9iOf~<  
8. 总结
+]yVSns 3  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 [xGL0Z%)t  
<; Td8O89_  
第1步 dvY3=~'  
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。 I{H!K rM!  
kf~>%tES]  
第2步 j E5=e</  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 V1G5Kph  
扩展阅读 6"rS?>W/mO  
扩展阅读 ov\%*z2=  
 开始视频 Sn.I{~  
-    光路图介绍 QZO<'q`L  
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