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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

^-|yF2>`  
应用示例简述 *@C]\)  
H)Kt!v8  
1. 系统细节 UyWKE<  
 光源 }z/Y Hv%  
— 高斯光束 TfFuHzZZ  
 组件 bB#6Xx  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 +1] xmnts  
 探测器 -$8M#n,  
— 视觉感知的仿真 Bv)4YU  
— 电磁场分布 } XJZw|n  
 建模/设计 F[65)"^  
— 场追迹: Q~L"Mr8>V  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 #G/ _FRo`  
R'.YE;leBG  
2. 系统说明 _]Ei,Ua  
G.}Ex!8R7_  
_&~y{;)S  
3. 模拟 & 设计结果 :M%s:,]R  
Ijs"KAW ?  
4. 总结 sHr!GF  
>~% _U+6  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 .).*6{_  
,XZ[L? >  
第1步 n* 7mP   
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 2qY+-yOEt  
z3lMD'uU3  
第2步 LhM{d  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 IIW6;jS  
KT5"/fv  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ];|;")#=  
nKoc%TNqe  
应用示例详细内容 TN=MZ{L  
}g?9 /)z  
系统参数 -i}@o1o\  
O 0lQ1<=  
1. 该应用实例的内容 _*.Wo"[%[X  
abvA*|  
9bDxml1  
2. 设计&仿真任务 h2Pvj37  
)$wX~k  
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。 (:p&[HNuN  
Dyx3N5?C  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 !7:~"kk  
~IB~>5U!  
4~G++|NQ  
4. 参数:SLM像素阵列 9 J$z/j;X  
u.}z}'-  
#hBDOXHPf  
5. 参数:SLM像素阵列 ^c9~~m16+  
\\qw"w9  
6^L4wd7)  
应用示例详细内容 Y^?J3[@  
SGU~LW&  
仿真&结果 ?1I0VA']  
olC@nQ1c*  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM C?FUc cI  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 y`~[R7E  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 Z'%k`F  
NA,)FmQjk  
2. VirtualLab的SLM模块 6m$,t-f0b  
]i=\5FH e  
Q6cF <L`bW  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 N[~"X**x  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 ~PT( /L  
T/%s7!E  
3. SLM的光学功能 K4vl#*qn  
lW,rzJ1  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 Y%UfwbX!g  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 N'fE^jqU  
 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。 r )cG ee  
5]WpH0kzO  
su}> >07  
> dJvl|  
S-"&#OfWg<  
 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。 pI>i1f=W  
xj/ +Z!,9  
@l0#C5(:  
fjUyx:  
"8Ud&o  
4. 对比:光栅的光学功能 ;a/Gs^W  
 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。 /5@V $c8  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 `0tzQ>ZQq  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 1/Pou)D  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 pJ6Z/3]  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 lPh>8:qFM  
i6)$pARp  
D>u1ngu  
C?e1 a9r  
C@` eYi  
5. 有间隔SLM的光学功能 -hf)%o$  
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。 ) 5r*2I  
?|8H|LBIr  
n|vIo)  
KZ/U2.{O<  
1&~u:RUXe  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 nV-A0"z_&  
TOo0rcl  
dnVl;L8L3  
6. 减少计算工作量 qALlMj--m  
+B$ o8V  
'~{^c}  
采样要求: nz:I\yA  
 至少1个点的间隔(每边)。 q/Dc*Qn m  
 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。 k&4@$;Ap  
n$Z@7r  
采样要求: TY[1jW~{r  
 同样,至少1个点的间隔。 MR/jM@8  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 %EYh5 W  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 `s (A&=g\  
Ycypd\q/  
 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。 1;<J] S$$  
 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。 W is_N3M  
 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)。 >OVi{NyT  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 . KJ EA #  
$\l7aA5~  
`y; s1nL  
,vEwck#  
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。
|ahleu  
7. 指定区域填充因子的仿真 je1f\N45  
JnCp'`  
 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。 m5lMh14E  
 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。 ?y82S*sb#  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 [6Y6{.%~  
 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)。 $}0q=Lg%wv  
rr fL [  
+U9Gj#  
8. 总结
T_bk%  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 pmd=3,D'u  
QLYb>8?"C  
第1步 ;hi+.ng_  
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。 |?6r&bT  
"h'0&ZP~_  
第2步 Hzs]\%"  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 5inmFT?9Z  
扩展阅读 Q#8}pBw  
扩展阅读 O7|0t\)  
 开始视频 '+ 1<7jl&I  
-    光路图介绍 ^D8 YF  
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