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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

;~,)6UX7  
应用示例简述 &M>o  
Nn#;Kjul.  
1. 系统细节 yQcIfl]f  
 光源 k*4!rWr0r&  
— 高斯光束 C;3  
 组件 1'B&e)  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Y(RB@+67  
 探测器 Y{d-k1?s5  
— 视觉感知的仿真 ??#SQSU  
— 电磁场分布 RNo~}#  
 建模/设计 sTS/ ]"l  
— 场追迹: :\Q#W4~p  
 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。 dI+Y1Vq  
8kLHQ0pmu  
2. 系统说明 ]T<tkvcI  
5<XWbGW  
Skg}/Ek  
3. 模拟 & 设计结果 r]0>A&,  
p%R+c  
4. 总结 -}1TT@  
o<gK"P  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 TKp2C5bX  
)g?ox{Hol  
第1步 |LRAb#F\  
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。 JU#m?4g  
_lDNYpv  
第2步 K&VMhMVb  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 UHgW-N"  
x1h&`QUP  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 l(9AwVoAR|  
sd9b9?qiu  
应用示例详细内容 "l{{H&d  
%'uei4   
系统参数 m3~_uc/+D  
?bPW*A82{q  
1. 该应用实例的内容 }_BNi;H  
u9m ~1\R*  
2bOl`{x  
2. 设计&仿真任务 AJ3%Z$JJ;s  
z=TO G P(  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 \.'[!GE*c  
kl1/(  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 l"1*0jgBw  
i &%m^p  
xI_0`@do  
4. 参数:SLM像素阵列 |c>.xt~  
*07?U")  
h=qT@)h1>  
5. 参数:SLM像素阵列 5Bt~tt  
UfIr"bU6  
wPX^P  
应用示例详细内容 @?jtB  
zwU1(?]I{  
仿真&结果  Xr:s-L  
.4ZOm'ko{  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM (d/!M n6L  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 [mQdc?n\  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 L?Ys(a"k  
cF_`QRtO  
2. VirtualLab的SLM模块 G3 |x%/Fbp  
4K\o2p?4  
sH>`eqY  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 h$}PQ   
 必须设置所设计的SLM透射函数。 eY-h<K)y  
d"@ /{O^1  
3. SLM的光学功能 A;^ iy]"  
4*L* "vKa  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 /M'd$k"0z  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 I:HrBhI)wP  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 8rx|7  
"h #/b}/  
93Zij<bH?e  
^BM !TQ%!  
-Lq2K3JHyn  
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 cly}[<w!  
^|=P9'4Th  
;aj;(Z.p)  
C\joDAD  
YQ.ci4.f  
4. 对比:光栅的光学功能 Zk/ejhy0  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 F,A+O+  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 e&2,cQRFV  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 &AOGg\  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 }6BXa  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 V0rQtxE{F  
#0vda'q=j  
z9g ++]rkJ  
L ph0C^8  
7#d:TXS  
5. 有间隔SLM的光学功能 Q"B8l[  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 )bR0 >3/  
M.6uWwzQR  
G0|}s&$yL  
FZO&r60$E  
NuSdN> 8ll  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 ErJ/h?+  
:V5 Co!/+  
8nu!5 3  
6. 减少计算工作量 ,(a~vqNQW3  
4].o:d;`/  
>{q+MWK  
采样要求: Il9xNVos#  
 至少1个点的间隔(每边)。 FZn1$_Svr  
 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。 >Oj$ Dn=  
Z5n-3h!+ED  
采样要求:  Igmg&  
 同样,至少1个点的间隔。 !yPy@eP~  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 $~G5s<r  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 _B#x{ii  
\Cu=Le^  
 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。 tM;cvc`/  
 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。 ;4ybkOD  
 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)。 ['Lo8 [  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 BO4;S/ O  
ZzNHEV  
}~|`h1JF  
v@OELJX  
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。
.%{B=_7  
7. 指定区域填充因子的仿真 Wz=& 0>Mm_  
%hN>o)  
 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。 @wa"pWx8  
 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。 hHTt-x#  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ULxQyY;32  
 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)。 )I3E  
yNXYS  
iAQ[;M 3p  
8. 总结
vR:#g;mnk  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 1t^y?<)  
&"JC8  
第1步 S+~;PmN9qL  
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。 n]Yz<#  
3))CD,|  
第2步 lY"l6.c  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 m!G(vhA,_w  
扩展阅读 .tLRY  
扩展阅读 NZv8#  
 开始视频 G gA:;f46  
-    光路图介绍 U ->vk{v  
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