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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

6K^O.VoV^J  
应用示例简述 $#E!/vVwD7  
(btm g<WT"  
1. 系统细节 ;KT5qiqYH  
 光源 ~re~Ys  
— 高斯光束 bP&1tE  
 组件 . Gb!mG  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 WF<3 7"A@  
 探测器 4u#TKr.  
— 视觉感知的仿真 Hz>Dp !  
— 电磁场分布 4B)%I`  
 建模/设计 1o?uf,H7O  
— 场追迹: k`J|]99Wb  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 \susLD  
Y} 6@ w  
2. 系统说明 } g%v<'K  
i:1 @ vo  
&_74h);2I:  
3. 模拟 & 设计结果 KtHkLYOCG  
N! I$Qtr,  
4. 总结 #\\|:`YV  
IL`=r6\  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 iU AY  
~ 7<M6F  
第1步 A# Y:VavQ?  
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。 <,D*m+BWn  
|qBcE  
第2步 %< `D' V@  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 nkf7Fq}  
',/2J0_  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 U>DCra;  
egVKAR-  
应用示例详细内容 zE~Xx p  
K D?b|y @  
系统参数 W2'!Pc,W  
BvUiH<-D  
1. 该应用实例的内容 n#@Qd!uzM  
mhB2l/  
h J0U-m  
2. 设计&仿真任务 (>NZYPw^3  
;a| ~YM2I  
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。 7VL|\^Y`q  
f+8 QAvh  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 Qqs1%u;e8  
o4wSt6gBcJ  
uqLP$At  
4. 参数:SLM像素阵列 b'Km-'MtH  
e5 }amrz  
8:> V'j  
5. 参数:SLM像素阵列 k81%$E  
!F.h+&^D;  
!-%XrU8o3  
应用示例详细内容 2_y]MXG+%  
p4 =/rkq  
仿真&结果 )]s<Czm%  
D:/q<<|  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM e[s}tjx  
 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)。 N$x&k$w R  
 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。 iaLZ|\`3a  
!?=U{^|7y  
2. VirtualLab的SLM模块 lRb>W31"  
c+ e~BN  
B(ktIy  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 j[.nk  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 v?Utz~lQ  
K/K-u  
3. SLM的光学功能 {_/o' 6  
6uT*Fg-G  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 ^'a#FbMtt  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 D:f=Z?L)>  
 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。 %qiVbm0  
*tgu@9b  
Jv+w{"&  
QXN_ ?E,g/  
O9ps?{g  
 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。 sRA2O/yKCE  
h<TZJCt  
q\~ #g.}  
W\NC3]  
3%5a&b  
4. 对比:光栅的光学功能  ,w3-*z  
 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。 &9fQW?Czs  
 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。 /s} "0/Y\  
 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)。 [ 'lu;1-,  
 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。 5af0- hj  
 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。 ,(pp+hNq  
0o"aSCq8t  
JE7m5k Ta  
6{Q-]LOc[.  
V`1{*PrI@L  
5. 有间隔SLM的光学功能 )c{>@WM~  
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。 )Wr_*>xj  
.Zv~a&GE  
c|;n)as9(%  
0B7G:X0  
YLGE{bS  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 YnRO>`  
^2nrA pF  
xdgAu  
6. 减少计算工作量 ^`'\eEa  
8c+V$rH_  
nOvR, 6  
采样要求: <D~hhGb  
 至少1个点的间隔(每边)。 XPO-u]<W  
 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 q.`< q  
Z K+F<}  
采样要求: n@RmH>"  
 同样,至少1个点的间隔。 YHQ]]#'  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 YM:sLeQ~c  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 lAP k/G  
C$TU TS  
 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。 r|u[36NmA  
 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。 EXCE^Vw  
 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)。  pE)NSZ  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 m0TVi]v  
! 6%?VJB|b  
<@KIDZYC  
rs{)4.I  
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。
fq6Obh=A#  
7. 指定区域填充因子的仿真 `}l%61n0  
$G9LaD#;M  
 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 !q\=e@j-i  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 {MUiK 5:  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ,s#~00C|  
 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 IDH~nMz  
>] 'oN  
J 7R(X  
8. 总结
/B@{w-N  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 QIGUi,R  
GHcx@||C?  
第1步 :}zyd;Rc  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 >,{s Fc  
0w3c8s.  
第2步 _M%S  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 z}!g2d  
扩展阅读 Bdw33z*m  
扩展阅读 #XDgvX >  
 开始视频 **hQb$  
-    光路图介绍 a.Z@Z!*  
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