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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

2CO/K_Q  
应用示例简述 eKvr1m- -  
d"9tP& Q  
1. 系统细节 5'I+%66?h$  
 光源 Oh*~+/u}q  
— 高斯光束 oCa Ymi=:  
 组件 #f2k*8"eAF  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 j)mU`b_  
 探测器 jU j\<aW  
— 视觉感知的仿真 F nA Kfh(  
— 电磁场分布 MO8}i?u=z  
 建模/设计 2!J#XzR0W  
— 场追迹: fd&Fn=!  
 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。 sv% X8  
%Hbq3U30  
2. 系统说明 rMDvnF  
9{jMO  
T>& q8'lD  
3. 模拟 & 设计结果 0Idek  
't5ufAT  
4. 总结 p|-MwCeH  
$v;WmYTJ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0!\C@wnH  
gT+g@\u[  
第1步 j#5a&Z  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ?$f.[;mh  
&)1.z7T  
第2步 >zW2w2O3  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 =6[.||9  
F?Lt-a+  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ~v;I>ij  
"[_j8,t`  
应用示例详细内容 kw#X,h P  
_`udd)Y2  
系统参数 V!He2<  
5~[7|Y  
1. 该应用实例的内容 f8:nKb>nq$  
5^g*  
!<p,G`r  
2. 设计&仿真任务  cca g8LC  
zr.\7\v  
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。 p3=Py7iz  
M}\h?s   
3. 参数:输入近乎平行的激光束 Tz @=N]D  
" ]S  
8Sr'  
4. 参数:SLM像素阵列 `}Zqmfs  
QoZV 6  
tAAMSb9[d  
5. 参数:SLM像素阵列 Z}+}X|  
&u>dKf)5  
#f2Ot<#-  
应用示例详细内容 6gV*G  
'=_(fa,  
仿真&结果 ybBmg'198  
vjS`;^9  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM e(0OZ_w  
 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)。 _Si=Jp][  
 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。 s;VW %e  
pe?)AiTZ:  
2. VirtualLab的SLM模块 l_h:S`z.  
_,J+b R+b  
EF`}*7)  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 E-z5mX.2  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 ~>CvZ 7K  
N:lfKI  
3. SLM的光学功能 _SBbd9  
"-Q+!byh  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 k =! Q  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 b84l`J  
 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。 P<PZ4hNx  
[dJ!JT/X{  
(4YLUN&1O$  
b$_81i  
e5' I W__  
 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。 4aXIRu%#7  
&QHJ%c  
I  C  
!d72f8@9  
|}=eY?iXo  
4. 对比:光栅的光学功能 nR_Z rm  
 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。 z< %P"   
 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。 Kip&YB%rk  
 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)。 y[_k/.1  
 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。 $.`o  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 h(|T.  
?N Mk|+  
p<fCGU  
2k.VTGak  
_T\~%  
5. 有间隔SLM的光学功能 `ASDUgx Mq  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 '_c/CNs  
.+:iAnf  
:&BPKqKp  
y'2|E+*V  
'`jGr+K,wU  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 & zDuh[j}  
i'ap8Dr  
Ta?J;&<u]/  
6. 减少计算工作量 dFz"wvu` o  
<h#*wy:o2  
V*?cMJ_G  
采样要求: }* :3]  
 至少1个点的间隔(每边)。 ^j}C]cq{Xg  
 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 )-2Nc7  
ZM<6yj"f  
采样要求: Hx.|5n,5  
 同样,至少1个点的间隔。 NUsxMhP  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 D3Q+K  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 z D{]3pg  
Ju+3}  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 }1#m+ (;  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 #UM,)bH  
 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 {nmG/dn {  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 F- ,gj{s  
[mtp-4*  
B!RfPk1B<*  
w'@gzK  
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
_(m72o0g>>  
7. 指定区域填充因子的仿真 Y|tHU'x  
b <W\#3~G  
 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 Mq> 4!  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 @\by`3*Q  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ^to*ET{0  
 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 pCKP{c=6Q  
owNwj  
un "I  
8. 总结
^+(5[z  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 '?rR>$s  
 Zmu  
第1步 Nc+0_|,  
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。 T<]{:\*n  
yy3rh(ea  
第2步 Ca |}i+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 SdH=1zBc  
扩展阅读 =4_}.  
扩展阅读 J*B-*6O44  
 开始视频 #0AyC.\  
-    光路图介绍 <'\Nv._2a  
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