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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

Id3i qAL  
应用示例简述 }r:H7&|&  
W$=MuF7R  
1. 系统细节 I_s4Pf[l  
 光源 1PLxc)LsG  
— 高斯光束 *I 7$\0Q  
 组件 .0^-a=/  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 uY+N163i  
 探测器 A<esMDX  
— 视觉感知的仿真 p3Uus''V4  
— 电磁场分布 B\BxF6 y  
 建模/设计 $ftcYBZa  
— 场追迹: gZQ,br*  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 _&s37A&\  
b= <xzvy  
2. 系统说明 umV5Y`  
|Rk$u  
NsYeg&>`  
3. 模拟 & 设计结果 zRDBl02v$T  
_bp9UJ  
4. 总结 NQCJ '%L6  
|ho|Kl `=  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ao>`[-  
m:@-]U@ 6  
第1步 -s Iji)t  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 VY }?Nb<&  
_\M:h+^  
第2步 1RC(T{\x  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,#Y>nP0  
|1vi kG8  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 )sg@HFhY'  
 Qx,jUL#2  
应用示例详细内容 }Xv2I$J  
+/,J$(  
系统参数  p]z *  
Aa^%_5  
1. 该应用实例的内容 @ %LrpD  
4?GW]'d  
78't"2>  
2. 设计&仿真任务 ;Js-27_0  
k!Y7 Rc{"  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 0&!,+  
`4V_I%lJ&  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 P~Cx#`#(V  
pUV3n 1{2  
Zi$v-b*<  
4. 参数:SLM像素阵列 U2  0@B`<  
E;7vGGf]  
A8bDg:G1i  
5. 参数:SLM像素阵列 S+LE ASOr  
gp Aqz Y  
/Q Xq<NG  
应用示例详细内容 8. 9TWsZ  
9/N=7<$  
仿真&结果 }F'B!8n  
A|!u`^p  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 'urn5[i  
 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_qRW. k  
 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。 G:TM k4  
'xO5Le(=M  
2. VirtualLab的SLM模块 8 /3`rEW  
24u;'i-y5  
X"yj sk  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 >cm*_26;I  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 qi!Nv$e  
7}+U;0,)  
3. SLM的光学功能 Sl@$  
zqqu7.`  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 o' U::  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 ~V,~' W  
 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。 +k=BD s  
i}C9  
2u0C ~s  
i|zs Li/  
|TCHPKN  
 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。 *` }Rt  
N5$IVz}  
q'u^v PO  
0<3)K[m~H  
{%Mt-Gm'd  
4. 对比:光栅的光学功能 >l|ao&z>bm  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 !)1r{u  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 p$r=jF&  
 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)。 O5^!\j.WR  
 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。 MXy~kb&  
 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。 qY^OO~[  
@=@7Uu-  
;| (_;d  
{.vU;  
FjUf|  
5. 有间隔SLM的光学功能 v[S>   
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。 t[L0kF9en  
Jzqv6A3G  
!U}dYB:O  
XE/K|o^Hp  
xiv1y4(%  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 1: cD\  
1+P&O4>  
+4<Ij/}p  
6. 减少计算工作量 7m{YWR0  
"?_r?~sJx  
rlQ4+~  
采样要求: 3v oas  
 至少1个点的间隔(每边)。 J<[Hw g  
 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。 xMck A<E  
lRIS&9vA3  
采样要求: |&O7F;/_  
 同样,至少1个点的间隔。 5W UM"eBwL  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 Wnp\yx`  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 G}MJWf Hl  
y81B3`@  
 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。 xPuuG{Sm  
 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。 GqYE=Q  
 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)。 a!n |/9 6  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 J Iw=Bs  
/hx|KC&:e  
q6xm#Fd'.  
Het5{Yb.  
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。
s<}d)L(  
7. 指定区域填充因子的仿真 FZUN*5`  
u0Nag=cU  
 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。 WH@CH4WM  
 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。 _[eAA4h  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 -Fl;;jeX  
 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)。 Rn"Raq7Cn*  
a{oG[e   
m2j&v$  
8. 总结
9_~[  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 O@[jNs)].  
L?W F[nF R  
第1步 u{Z 4M3U  
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。 j,HUk,e^&  
>?pWbL  
第2步 '+@q  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 L<GF1I)  
扩展阅读 o~ v   
扩展阅读 2;82*0Y%  
 开始视频 k^x[(gw  
-    光路图介绍 1;e"3x"  
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