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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

ko2Kz k  
应用示例简述 4C^;lK  
JicAz1P1W  
1. 系统细节 '~i} 2e.  
 光源 l%*KBME  
— 高斯光束 @cPb*  
 组件 3vPb}  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 #q1Qa_LXc  
 探测器 >ir'v5  
— 视觉感知的仿真 ~lMw*Qw^  
— 电磁场分布 ~<Z;)e  
 建模/设计 @-bX[}.  
— 场追迹: D<$~bUkxR  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 t>|Y-i3cb  
h+Km|  
2. 系统说明 R6~x!  
!%x8!;za  
e2Sm.H '  
3. 模拟 & 设计结果 Ed9ynJ~)X  
e{8z1t20:  
4. 总结 !YL|R[nDH|  
7''l\3mIn  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 9^h\vR|]S  
Z<ozANbk  
第1步 J@Eqqyf"  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 5Jq~EB{"  
24"Trg\WK[  
第2步 {4Y@ DQ-  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 IlsXj`!e  
(Da/$S.  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ep .AW'+  
(&0%![j&  
应用示例详细内容 'M185wDdAl  
MB :knj  
系统参数 ;4tVFqR  
cc7*O  
1. 该应用实例的内容 Yu-e |:  
C4],7"Sw  
EZaWEW  
2. 设计&仿真任务 \y^Od7F  
Zpg/T K  
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。 xy$73K6  
4>nY't;0  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 :S}!i?n  
m8eyAvi 6  
$A"kHS7T  
4. 参数:SLM像素阵列 #pP4\n-~hU  
jW*|Mu>2  
n"8vlNeW  
5. 参数:SLM像素阵列 1o)@{x/pd  
/ PG+ s6  
/e :V44  
应用示例详细内容 5G=<2;  
py.lGywb_  
仿真&结果 [2#5;')  
lY/{X]T.(  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM }# 'wy  
 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)。 "OF4#a17  
 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。 |m7U^  
$ysemDq-a\  
2. VirtualLab的SLM模块 T%~w~stW  
$X8(OS5d'  
`<!Nk^2ap  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 /ylO["<Q  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 jY%&G#4  
cHOtMPyQ  
3. SLM的光学功能 ^T@ (`H4@  
xgHR;US H  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 :;W[@DeO[  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 WZO8|hY  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 F8M&.TE_3  
WV&T   
IWcgh`8  
l+!!S"=8)~  
yG\^PD  
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 D ]Q,~Y&'  
VZo[\sWf  
\MBbZB9@  
bA}9He1  
g^|}e?  
4. 对比:光栅的光学功能 u(l[~r>8W;  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 C(zgBk  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 3/c3e{,!  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 BrF/-F  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 l?pF?({  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 -4ry)isYx  
}5c%v1  
,5oe8\uz  
Yt&Isi +  
]j> W9n?  
5. 有间隔SLM的光学功能 !>QS746S@  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 -n&g**\w  
,Y *unk<S  
.4on7<-a  
~hK7(K  
X`i'U7%I  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 xxjg)rVuy  
)_bc:6Q  
S_; 5mb+b  
6. 减少计算工作量 Mo?eVtZ  
E;!pK9wL|  
PL$*)#S"$  
采样要求: 7P1G^)  
 至少1个点的间隔(每边)。 y/=:F=H@w  
 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。 'a.n  
U\aP  
采样要求: HYVSi3[  
 同样,至少1个点的间隔。 U%%fKL=S  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 W0e+yIaR  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 %smQ`u|  
BGM5pc (ei  
 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。 PPoQNW  
 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。 \H<gKZquR  
 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)。 Q{%2Npvq  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 A/5??3H  
O-m=<Fk> D  
48%-lkol)  
N>h/!# ZC  
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。
=5:L#` .  
7. 指定区域填充因子的仿真  1B}q?8n  
#,dNhUV#  
 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。 F`!B!uY  
 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。 OAigq6[,  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 h>ZNPP8N  
 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)。 $ti*I;)h4  
M)v\7a  
nW)-bAV<  
8. 总结
]U[y3  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Xjb 4dip  
?O(@BT  
第1步 MZYh44  
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。 5zk<s`h  
TUE*mDRmP  
第2步 9Z?P/ o  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 2_S%vA<L  
扩展阅读 <//82j+px  
扩展阅读 'iQ  
 开始视频 1D2Uomd(  
-    光路图介绍 Dl C\sm  
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