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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

T/3UF  
应用示例简述 f`cz @  
rYLNV!_  
1. 系统细节 OYKV*  
 光源 ]D%[GO//!  
— 高斯光束 j7W_%Yk|E  
 组件 l}wBthwCc  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 M}c_KFMV  
 探测器 @|^C h+%@  
— 视觉感知的仿真 OT[t EqQ  
— 电磁场分布 &a0%7ea`.S  
 建模/设计 Z+}SM]m  
— 场追迹: ?G{fF H  
 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。 wO"Q{oi+  
nQ+{1 C  
2. 系统说明 F 6Ol5  
& #|vGhA  
k >MgrtJI  
3. 模拟 & 设计结果 2c~^|@   
jm?mO9p~  
4. 总结 m/ukH{H1%  
*iR`mZb  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 EKt-C_)U  
GwvxX&P  
第1步 L{=z}QO  
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。 A(uN=r@O  
<(iOzn  
第2步 #B?7{#.1  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 *dTw$T#  
O+yR+aXr'8  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 MhsG9q_%  
e p^0Cd/  
应用示例详细内容 rfZA21y{?  
( u _ sz  
系统参数 nYe}d!  
7%<jZ =  
1. 该应用实例的内容 f8j^a?d|  
H^s SHj  
8}0 D?  
2. 设计&仿真任务 &a:aW;^A7  
gV7o eZ5  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 :Y'nye3:  
g %Am[fb  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 EAI[J&c  
.3!4@l\9C  
zknD(%a  
4. 参数:SLM像素阵列 *vb)d0}P  
I|M*yObl6  
W) _B(;$]  
5. 参数:SLM像素阵列 ^\I$tnY`  
Ac54 VN  
pI!55w|  
应用示例详细内容 Mc8^{br61  
$@x kKe"  
仿真&结果 Bb o*  
5(W9Jj]  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM vfm-K;,#  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 HfF$>Z'kM  
 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。 $X?V_K;9/  
M]'AA Uo8  
2. VirtualLab的SLM模块 BO_^3Me*  
fP|\1Y?CS  
usA!MMH4  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Dmw,Bi*  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 u|ZO"t  
7jPmI  
3. SLM的光学功能 m|k,8guG  
V;V9_qP,  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 Ef!F;De)A  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 J]UH q$B  
 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。 ~IXfID!8  
*O;N"jf  
K+\hv~+@  
p5KNqqZZ  
W@tLT[}CG  
 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。 q mB@kbt  
j7d;1 zB+G  
X]!@xlwF\  
hq BRh+[  
v^tKT&  
4. 对比:光栅的光学功能 |`nVr>QF&  
 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。 9 2EMDKJ  
 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。 lySaJ d  
 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)。 .phQ7":`  
 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。 krA))cP  
 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。 1<83MO;  
$W]bw#NH  
CmTJa5:  
,b4&$W].  
{aSq3C<r  
5. 有间隔SLM的光学功能 #t O!3=0  
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。 >U)O@W)  
,3j7Y5v  
3(%,2  
<Va>5R_d<  
\K6J{;#L  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 w(D9'  
J^:~#`8  
c'2ra/?k  
6. 减少计算工作量 v,0DGR~  
#7=LI\  
je-s%kNlJ  
采样要求: q4{tH  
 至少1个点的间隔(每边)。 A3_9MO   
 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。 H~Cfni;  
m!_ghD{5h  
采样要求: GN0'-z6Uy  
 同样,至少1个点的间隔。 9[D7N  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 UZra'+Wb  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 qE}YVKV*  
4lCm(#T{,  
 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。 .Q@"];wH  
 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。 vvxj{fxb)  
 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)。 R{vPn8X 6g  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 w C"%b#(}  
Mk[`HEO  
/3]|B%W9  
Ysu/7o4  
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。
Oe`t!&v  
7. 指定区域填充因子的仿真 @_3$(*n$~  
4)I#[&f  
 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。 Z"Oa5V6[A  
 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 'x mv{|  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ?C35   
 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)。 =L%3q<]p  
8BDL{?Mu  
 t;Om9  
8. 总结
N&=2 /  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 q;.]e#wvh  
"'Uk0>d=_I  
第1步 |m- `, we  
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。 Oy$BR <\  
W?-BT >#s  
第2步 Ah {pidUx  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 $:!T/*p*  
扩展阅读 bl_WN|SQ  
扩展阅读 :g#it@  
 开始视频 8[;oUVb5  
-    光路图介绍 2]=I'U<E!  
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