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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

W!0  
应用示例简述 ~rJw$v  
}~~^ZtJ\  
1. 系统细节 1z@# 8_@  
 光源 T2_#[bk*d  
— 高斯光束 {,C8}8 a W  
 组件 yr 9)ga%  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ~0r.3KTl"Y  
 探测器 j{-7Pf8A  
— 视觉感知的仿真 L.%~?T[F  
— 电磁场分布 M "P  
 建模/设计 oUKbzr/C  
— 场追迹: QpTNU.v5f  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 TvG:T{jwy  
'\E{qlI  
2. 系统说明 4bi\$   
_@;3$eB  
8=o5;]Cg  
3. 模拟 & 设计结果 k:@Ls  
@ZPTf>J}  
4. 总结 R*{?4NKG  
uW'4 Kt  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 j!o3g;j  
]`H.qV  
第1步 jz7ltoP  
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。 :.<TWBoV  
+9F#~{v`4a  
第2步 4S EC4yO  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 A.x}%v,E  
}w^ T9OC  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 j/mp.'P1k  
WB [G!'  
应用示例详细内容 iT9Ex9RL  
EI+/%.,  
系统参数 29657k8  
5@A=, GPUn  
1. 该应用实例的内容 xt0j9{p  
z\d2T%^:g(  
gH55c aF<  
2. 设计&仿真任务 ;C3?Ic  
JwVC?m).  
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。 SWd[iD  
xKzFrP;/{  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 )t|Q7$ v1  
Hf!4(\yN  
Zw\V}uXI?  
4. 参数:SLM像素阵列 5GL+j%7  
i8@e}O I  
q0Lt[*q3R  
5. 参数:SLM像素阵列 je3n'^m  
-gGK(PIf  
j6(IF5MqP  
应用示例详细内容 q$'&RG  
rh&Eu qE%  
仿真&结果 JP*mQzZL  
Y[?Wt/O;  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Cbvl( (  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 H).5xx[`  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 <X&:tZ #/  
; 2-kQK9  
2. VirtualLab的SLM模块 rL3Vogw'e  
EZRZ)h  
i3j jPN!  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 E9-'!I!  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 3g:+p  
t3JPxg]0k'  
3. SLM的光学功能 :"IH*7xp  
tah%jRfT&  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 y'/9KrV T  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 %k)I =|  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 7/!C  
1A.\Ao  
Nj8)HR  
<qt%MM [Y  
.]c:Zt}P  
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 nDw9  
XhV"<&v  
PQ]N>'v-  
@sO.g_yM  
:''0z  
4. 对比:光栅的光学功能 (oEA)yc|  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 ovFfTP<3V  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 Te#[+B?  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 Zotv]P2k  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 ;0q6 bp(<H  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 5] %kWV>  
0k<%l6Bq  
&H{>7q#r  
1bs95Fh9Q  
<sOB j'  
5. 有间隔SLM的光学功能 '8 #*U  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 k"zHrn"$  
QNEaj\   
kICYPy  
b6BIDuRb  
p?nVPTh  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 8!Kfe  
SUhP e+  
P 'k39  
6. 减少计算工作量 i+3b)xtW7  
o*'3N/D~  
k{62UaL.  
采样要求: ~'iuh>O)  
 至少1个点的间隔(每边)。 $hh=-#J8  
 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 2&#iHv  
'9XwUQx  
采样要求: 9x< 8(]\  
 同样,至少1个点的间隔。 ElxbHQj6  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 2c]O Mtk  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 E;0"1 P|S  
C?k4<B7V  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 c7_b^7h1  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 uRg^:  
 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 P6rL;_~e  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 tnntHQ&b  
T^t`H p  
l[Oxf|  
)DMbO"7  
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
(aLnbJeJ  
7. 指定区域填充因子的仿真 2e &Zs%u  
FliN@RNo  
 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 4 @h6|=  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 uIBV1Qz  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 S1JB]\  
 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 V qf}(3K0  
M Cz3RZK  
@*dA<N.9  
8. 总结
_35?z"0  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 V-57BKeDz  
nS#;<p$\  
第1步 %' Fc%3  
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。 N !:&$z-  
h#>67gJV  
第2步 6}0#({s:R  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 qSR %#  
扩展阅读 iC">F.9#  
扩展阅读 m`t7-kiZ  
 开始视频 MwZ`NH|n3"  
-    光路图介绍 <?eZ9eB  
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