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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

MP\$_;&xB  
应用示例简述 ;7"}I  
ngoo4}  
1. 系统细节 W is_N3M  
 光源 >OVi{NyT  
— 高斯光束 . KJ EA #  
 组件 $\l7aA5~  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 `y; s1nL  
 探测器 `#&pB0.y  
— 视觉感知的仿真 Ml` f+$  
— 电磁场分布 !8^:19+  
 建模/设计 N.OC _H&  
— 场追迹: & IVwm"  
 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。 jW5n^Y)  
(.,`<rXw  
2. 系统说明 Jw'%[(q Q  
l/,O9ur-  
D;.O#bS  
3. 模拟 & 设计结果 O^v^GG=e;C  
@O#4duM4Qz  
4. 总结 2Q`@lTUv  
QLYb>8?"C  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ;hi+.ng_  
|?6r&bT  
第1步 _Z'j%/-4@D  
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。 Hzs]\%"  
5inmFT?9Z  
第2步 w4U]lg<}E  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 /NCEZ@2BN,  
4Y5Q>2D}  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Z,/BPK<e  
v]|^.x:  
应用示例详细内容 t6&6kl  
sXp>4MomV  
系统参数 8FyJo.vr(  
}18}VjC!  
1. 该应用实例的内容 6%Ap/zvCZ>  
6>ZUx}vYj  
yCZV:R;  
2. 设计&仿真任务 xoI;s}*E  
U2z1HIs  
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。 kxt@t#  
E+Z//)1Z  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 Jr m<u t  
u9rlNmf$  
.|XIF   
4. 参数:SLM像素阵列 bFk >IifN  
g#qt<d}j  
`9rwu:3i  
5. 参数:SLM像素阵列 .C(Ir  
laN:H mR8  
ss'#sPX  
应用示例详细内容 hXdc5 ?i?  
Iih~W&  
仿真&结果 @'`!2[2'?  
v 0mc1g+9  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM P.mz$M  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 cmF&1o3_  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 uc9t0]o=h  
o@j]yA.5)  
2. VirtualLab的SLM模块 ^c3~CD5H 3  
@ qWgokf  
FI++A`  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 3a #2 }  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 FOiwB^$ >  
nsFOtOdd  
3. SLM的光学功能 IMLk{y%6  
,2T&33m  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 lR[[]Yn  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 -C]RFlV  
 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。 LcS\#p#s]  
s*{l}~fPkW  
3jQy"9f  
tcyami6D4  
Xh"JyDTj3  
 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。 OW1i{  
TUoEk  
}}y$T(:l  
W1S7%6y_1  
wYy=Tl-N  
4. 对比:光栅的光学功能 k4jZu?\C]  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 !'uL  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 eS(\E0%QI  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 p2 u*{k{  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。  ZaJg$  
 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。 ^6j: lL  
Iko1%GJ1Z  
-Yx'qz@  
_$%.F| :  
'fO[f}oa_.  
5. 有间隔SLM的光学功能 sFv68Ag+  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 a^_\#,}  
%suSZw`  
Oz(0$c  
 SyFw  
m  "'  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 ("-Co,4ey  
^`>,~$Q  
d-Vttxa6  
6. 减少计算工作量 ,:POo^!/fT  
xl [3*K   
~< %%n'xmm  
采样要求: @9_H4V  
 至少1个点的间隔(每边)。 ssaEAm:  
 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 ZXV_Dc   
"SC}C  
采样要求: +(n&>7 5  
 同样,至少1个点的间隔。 r >bMx~a]  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 aphfzo  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 -7E)u  
q6DuLFatc*  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 278:5yC  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 "(bnr0  
 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 UhKC:<%  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 Y,BzBUWK  
(jb9Uk_t  
]@E_Hx{S  
8R?X$=$]!.  
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。
$yxwB/O(  
7. 指定区域填充因子的仿真 cmG*"  
FW* k O  
 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。 LsaE-l  
 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。 }-YM>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。 ; kPx@C   
 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)。 %N5gQXg  
4<%(Y-_sF  
$ 9bIUJ  
8. 总结
2ZTz{|y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 7#/->Y  
%siBCjvo=  
第1步 |v,%!p s  
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。 UuXq+HYR  
2to~=/.  
第2步 =' %r"_`}  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 t Qo) *z  
扩展阅读 aumWU{j=  
扩展阅读 dH]0 (aJ  
 开始视频 U\OfB'Dn  
-    光路图介绍 D{'>G@nLQ  
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