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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

?U=mcdqd  
应用示例简述 /nwxuy  
:{x!g6bK@  
1. 系统细节 $# D n4  
 光源 ZBPd(;"x+  
— 高斯光束 2-QuT"Gkd  
 组件 *Rz!i m|  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 5aa}FdUq  
 探测器  b$PT_!d  
— 视觉感知的仿真 7sCR!0  
— 电磁场分布 &~z+R="=  
 建模/设计 L00Sp#$\  
— 场追迹: ]6jHIk|  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 )Uc$t${en  
?a*fy}A|  
2. 系统说明 7YoofI  
.i1jFwOd|G  
5`(((_Um+  
3. 模拟 & 设计结果 U+(Z#b(Q  
[c,|Lw4  
4. 总结 <)r,CiS  
A9NOeE  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 H(  
v(i1Z}*b  
第1步 SH .9!lQv  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。  JsZAP  
7qCJ]%)b6  
第2步 &*Q|d*CP  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 WZfk}To1#  
md1EJ1\14  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 W@R$' r,@O  
rD:gN%B=  
应用示例详细内容 _lP4ez Y  
"`gfy  
系统参数 0IoXDx  
K,`).YK  
1. 该应用实例的内容 R[mH35D/  
L,s|gt v  
z ^gDbXS  
2. 设计&仿真任务 ?^+#pcX]t|  
">0/>>Ry  
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。 z&>9 s)^-  
tJ(c<:zD  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 xi Ov$.@q  
8:3oH!n  
@&nx;K6h  
4. 参数:SLM像素阵列 .FfwY 'V  
=)"NE>  
|r)>bY7  
5. 参数:SLM像素阵列 3{N p 9y.  
.N2nJ/   
k1QpX@  
应用示例详细内容 qv ;1$  
!`O_VV`/@  
仿真&结果 ihpz}g  
3iwoMrp  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM #cSw"A  
 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)。 zm;*:]S  
 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。 ?<>,XyY  
&vJ(P!2f<  
2. VirtualLab的SLM模块 [9YlLL@  
dw{#||  
D@sx`H(  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 34++Rr [G  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 cpr{b8Xb8&  
,J`lr U0  
3. SLM的光学功能 LX(iuf+l  
~vjr;a(B  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 V,|Bzcz  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 `a/PIc"  
 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。 kMJQeo79  
}Uqa8&  
MQbNWUi  
}v'PY/d.  
Eezlx9b  
 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。 }LHT#{+ x  
k^'d@1z;C  
<x>k3bD  
N18diP[C  
.JD4gF2N  
4. 对比:光栅的光学功能 E{+c*sz  
 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。 `DWi4y7  
 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。 O0=,&=i  
 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)。 **w*hd]  
 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。 DO1N`7@o  
 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。 q. ,p6D  
r:8]\RU  
6b+ Wl Ib  
p0y0T|H^  
;f ;*Q>!  
5. 有间隔SLM的光学功能 KHc/x8^9  
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。 ;*37ta  
g.`t!6Hc  
&=6cz$]z  
B;D:9K  
23u1nU[0  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 #by9D&QP]  
r3BDq  
wTMHoU*>  
6. 减少计算工作量 MRVz:g\mi  
asmW W8lz  
Z.Y;[Y  
采样要求: xJH9qc ME  
 至少1个点的间隔(每边)。 }JpslY*aS  
 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 G &rYz  
GHgEbiY:  
采样要求: xn x1`|1u  
 同样,至少1个点的间隔。 cJ(zidf_$  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 hO<w]jV,  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 XB!`*vZ/<  
= "hY{RUa  
 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。 eI=Y~jy  
 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。 7L~ zI>2  
 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)。 +'&_V011<  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 T>uWf#&pjs  
fFTvf0j  
GZhfA ;O,  
XpAq=p0;  
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。
V jB`~  
7. 指定区域填充因子的仿真 {+UNjKQC  
3W0E6H"  
 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。 (.XDf3   
 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。 +q_lYGTiO  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 6L6~IXL>  
 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)。 w<F;&' ;@h  
cmGj0YUQ1  
MCrO]N($b  
8. 总结
tU2to V  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 vL=--#  
8,H5G`  
第1步 KutgW#+40  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 3_eml\CY  
A7,$y!D  
第2步 `@.s!L(V  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 V8U`%/`N  
扩展阅读 /%q9hI   
扩展阅读 ~ GT\RAj[  
 开始视频 ^(m6g&$(  
-    光路图介绍 <iprPk  
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