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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

pn{.oXomf  
应用示例简述 x|F6^d   
Jn' q'+  
1. 系统细节 dU:s^^f&R  
 光源 $O%lYQY]  
— 高斯光束 w^A8ZT0^7  
 组件 Mf%/t HK  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 (|(Y;%>-v  
 探测器 Mff_j0D  
— 视觉感知的仿真 +M-' K19  
— 电磁场分布 nD MNaMYb  
 建模/设计 U%t:]6d&}  
— 场追迹: zc*qmb  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 p#^L ZX  
b ?B"u^b!  
2. 系统说明 FT[wa-b  
SKD!V6S  
3P^eD:) w  
3. 模拟 & 设计结果  T~ /Bf  
NO`LSF  
4. 总结 h'MX{Wm.  
v srce  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 .NQoqXR  
!+U#^2Gz  
第1步 :2 QA#  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 X xB*lX  
` *$^rQS  
第2步 &{Uaa  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 vkc(-n  
l"CHI*  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 0}Kl47}aD  
MCz +l0  
应用示例详细内容 riFE.;  
kYPowM  
系统参数 6;*tw i  
G U0zlG] C  
1. 该应用实例的内容 4w2V["?X1  
?#,\,  
)Qw|)='-  
2. 设计&仿真任务 N^%[ B9D  
j(va# f#  
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。 0:v7X)St  
#)my)}o\p  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 YjvqU /[3  
XO"!)qF  
goRoi\z $  
4. 参数:SLM像素阵列 {7Dc(gNS  
I/XVo2Ee  
`9zP{p  
5. 参数:SLM像素阵列 ]2h~Db=  
OFQsfW3O  
^R>&^"oI  
应用示例详细内容 dH#o11[  
h8pc<t\6  
仿真&结果 BIw9@.99B-  
6l:CDPhR  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM B:^5W{  
 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<$ uAns  
 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。 e0v&wSi  
?y ]3kU  
2. VirtualLab的SLM模块 DFE?H  
MbY a6jrF  
Vu~mi%UH  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 rh$%*l  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 (VC{#^2l  
\-V  
3. SLM的光学功能 Pg*ZQE[ME8  
i` Lt=)@&  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 jUW{Z@{U  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 > { fX;l  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 7F)HAbIS  
9FcCq*D  
R%7k<1d'`  
uh:  
R^%7|  
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 *( D_g!a  
k9yA#  
~l{CUQU  
;9B:E"K?@1  
<aL$d7  
4. 对比:光栅的光学功能 K<Iz5+oD  
 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。 zzq/%jki  
 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。 &qrH  
 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)。 `P : -a7_  
 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。 ew }C*4qH  
 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。 TO3Yz3+A  
ywi Shvi8  
h +N75  
;}^Pfm8  
el+euOV  
5. 有间隔SLM的光学功能 33"{"2==`  
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。 NrS1y"#d9  
lFI"U^xC  
0o`0Td  
|W\CV0L2  
3&x_%R  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 2\EMtR>.M'  
d:<{!}BR3  
ffuV$#  
6. 减少计算工作量 >Mi A|N=  
N:"E%:wSbi  
S\g8(\u  
采样要求: TxPP{6t  
 至少1个点的间隔(每边)。 X Uh)z  
 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 NZdQz  
JGH9b!}-1  
采样要求: ]2K>#sn-]  
 同样,至少1个点的间隔。 d-xKm2sH  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 7&m*: J  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 |l7e*$j  
5vg@zH\z  
 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。 $~zqt%}  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 "+saI@G  
 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 PJh\U1Z  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 Ha4?I$'$  
jG{xFz>x  
]!h%Jlu  
@: %}clZ  
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。
iK=H9j  
7. 指定区域填充因子的仿真 %Cb8vYz~  
Qzb8*;4?FF  
 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。 &k : |  
 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。 `^ F'af  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 4?72TBl]  
 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)。 dtm_~r7~  
.^P^lQT]>  
_xUiHX<  
8. 总结
}_5z(7}3  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 6q6&N'We  
L-G186B$r  
第1步 KJcdX9x  
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。 }6m5MH$7q  
EUUj-.dEN  
第2步 q0DoR@  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 LNk 3=v2M  
扩展阅读 mxGvhkj  
扩展阅读 r`wL_>"{n  
 开始视频 E(]yjZ/  
-    光路图介绍 klJDYFX=HK  
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