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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

lkN'uZ  
应用示例简述 +qZc} 7rJF  
Ki63Ox^O  
1. 系统细节 g X8**g'  
 光源 vQcUaPm\$  
— 高斯光束 ,.q8Xf  
 组件 <\Vi,,  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 6w@,I;   
 探测器 >z5Oy  
— 视觉感知的仿真 h\2}875  
— 电磁场分布 oM2|]ew)  
 建模/设计 k|l5"&K~.  
— 场追迹: 9G+y.^/6  
 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。 QWQ!Ak  
^YqbjL  
2. 系统说明 4^`PiRGt  
H[Cj7{V  
`fLfT'  
3. 模拟 & 设计结果 RpULm1b  
a&8l[xe1  
4. 总结 cJ2y)`  
i5Eeg`NMl  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 h^`{ .TlN  
cu:-MpE  
第1步 e7h\(`J0lj  
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。 4YBf ~Pp  
pAMo XJ`  
第2步 S'|lU@P Cl  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 BU'Ki \  
$m{{,&}k  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 |^>u<E5  
ktU9LW~  
应用示例详细内容  Ls lM$  
R !jhwY$  
系统参数 Q Xsfp  
ys/`{:w8p  
1. 该应用实例的内容  )Kxs@F  
4 iik5  
Vn@A]Jx^  
2. 设计&仿真任务 ^NY+wR5Sn  
CgN]dx* `  
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。 YmZC?x_{M2  
|&9tU  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 o.p+j  
7 FEzak'  
A&D2T  
4. 参数:SLM像素阵列 _F! :(@}  
D`1I;Tb#  
3O#~dFnp  
5. 参数:SLM像素阵列 ="/R5fp  
Rd`{qW  
[^h/(a`  
应用示例详细内容 -Mr{+pf  
b(g_.1[  
仿真&结果 yjeqv-7  
U&w*Sb"  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 8''9@xz  
 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)。 ^H f+du  
 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。 B .{8/.4  
"(9=h@@Y"  
2. VirtualLab的SLM模块 hz&^_ G6`  
S~]8K8"sT  
/%2:+w  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ;4+qPWwq8W  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 b>G qNf!  
cP/F| uG5  
3. SLM的光学功能 T3=-UYx]  
N:m@D][/sW  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 u40b? n.  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 k#{lt-a/  
 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。 v'mJ~tz  
K * xM[vO  
mBYS"[S(  
l:>qR/|m  
6$xo# }8  
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 EKeBTb  
6)tB{:h&~0  
sDz)_;;%  
l4R<`b\Jt  
iKR8^sj7S  
4. 对比:光栅的光学功能 oyi7YRvwd  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 NgDZ4&L  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 _47j9m]f  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 /6Jy'"+'0  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 eSQzjR*  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 vV$hGS(f~  
8`R +y  
?=pZmvQg  
yg-L^`t+B5  
p@!@^1j=  
5. 有间隔SLM的光学功能 ^Yg|P&e(;  
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。 =:ya;k&  
J?|K#<%  
wfU&{7yt  
q9g[+*9]$  
4EaS g#  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 @8 oDy$j  
EL2hD$  
#w%a m`+  
6. 减少计算工作量 E)rOlh7  
i+qLc6|S=2  
qCxD{-9x{  
采样要求: N4Fy8qU;  
 至少1个点的间隔(每边)。 T9U2j-lA?  
 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。 Bp=oTC G  
xqi*N13  
采样要求: /w}B07.  
 同样,至少1个点的间隔。 tNi% }~Z  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 d =B@EyN  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 #*7/05)  
eD` ,  
 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。 b0zxT9  
 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。 f>"!-3  
 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)。 h.}t${1ZC  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 GP7) m  
Gn2bZ%l  
a2 klOX{  
+|}K5q\  
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。
JtrDZ;^@  
7. 指定区域填充因子的仿真 3Q!J9t5dc  
q|]0on~ ]  
 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。 |)72E[lL  
 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。 3A}nNHpN  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 bCaPJ!ZO  
 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)。 >`rNT|rg  
*?R\[59  
_ \y0 mc4  
8. 总结
y T1Qep  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 HC;I0&v>  
6E\\`FE4y  
第1步 'Kso@St`o  
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。 l3Bxi1k[C  
afP&+ 5t@O  
第2步 "jQe\  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 +GPT:\*q6  
扩展阅读 Jn <^Q7N  
扩展阅读 mJDKxgGK  
 开始视频 7N59B z  
-    光路图介绍 ,O&PLr8cJ?  
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