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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

D-@6 hWh~  
应用示例简述 9)+!*(D  
4e>f}u 5  
1. 系统细节 4OM ]8I!  
 光源 ^?fsJ  
— 高斯光束 9K}DmS  
 组件 6?}|@y^fb  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 x=rMjz-`_  
 探测器 `Zuo`GP*1  
— 视觉感知的仿真 m>Wt'Cc  
— 电磁场分布 2n>mISy+  
 建模/设计 w;@v#<q6  
— 场追迹: $xW9))  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 EUt2 S_2P  
/ P@P1l|I  
2. 系统说明 xb[yy}>"L  
-ioO8D&!  
8Q/cJ+&  
3. 模拟 & 设计结果 < k(n%  
~L&z? 'V  
4. 总结 )xc1Lsrr9  
=UO7!vr;[  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 1y[~xxgE  
x!I@cP#O  
第1步 /b{@']  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 rYPuo  
pDP* 3  
第2步 "=]'"'B:  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 )]Zdaw)X  
xM)P=y_!M+  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Wx/PD=Sf&  
|(x%J[n0+  
应用示例详细内容 W{JR%Sq$  
-GL.8" c[  
系统参数 g NE"z   
T^8`ji  
1. 该应用实例的内容 }6u}?>S  
W"/,<xHuh  
X..M!3W  
2. 设计&仿真任务 0 Q>  
Q%'4jn?H  
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。 S5m.oHJI*  
4UL"f<7 T  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 4t*VI<=<[  
Kk.\P|k2  
#?M[Q:  
4. 参数:SLM像素阵列 cPL6(&7  
siuDg,uqK5  
Rz>@G>b:  
5. 参数:SLM像素阵列 JvT#Fxjk  
]$)};8;7W  
\ Ho VS  
应用示例详细内容 MkZoHzg}c  
KdlUa^}D  
仿真&结果 FzsW^u+  
IL&R&8'  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM A{{rNbCK  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 o 8^!wGY  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 5=<fJXf5y  
S2I{?y&K  
2. VirtualLab的SLM模块 H-& ktQWK3  
*bcemH8f  
F%ukT6xp  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Ov:U3P?%  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 `sdbo](76  
eZpi+BRS6  
3. SLM的光学功能 6XhS g0s  
 #s=\  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 @MH/e fW.  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 #R= 6$  
 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。 O[}2  
Em<J{`k6  
%[?{H} y  
*q1sM#;5  
zW95qxXg  
 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。 >y@3`u]  
nzi)4"3O  
AIQ]lQ(  
/h!iLun7I  
"Bn]-o|r  
4. 对比:光栅的光学功能 rYyEs I#qo  
 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。 !E/%Hv1  
 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。 ]\=M$:,RZ  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 W<H^V"^  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 V,3$>4x  
 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。 sgeME^v  
4mWT"T-8  
V/DdV}n!  
'6>nXp?)r  
5~omZ,qe  
5. 有间隔SLM的光学功能 pc_$,RkN  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 0K^G>)l  
'q*/P&x5  
1'J|yq  
[~rBnzb  
ld23 ^r  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 ,OO0*%  
TCO^9RP<  
I^y,@EHR  
6. 减少计算工作量 S$fCO$bU  
ki_Py5  
(AgM7H0  
采样要求: e0u* \b  
 至少1个点的间隔(每边)。 Y'i_EX|  
 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 %xI,A'#  
g~=#8nJ  
采样要求: XS"lR |  
 同样,至少1个点的间隔。 !~aDmY 2  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 zFV?,"\r  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 5eSmyj-W  
=C2,?6!  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 X5D}<J2"  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 v.I>B3bEg  
 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 VFwp .1oa!  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 f qU*y 6]  
Ke+#ww  
i;B)@op.#  
l< RztzUw  
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
Vg4N7i  
7. 指定区域填充因子的仿真 :<Y, f(c  
m-No 8)2yA  
 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 "#mr?h_  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 PYz^9Ud 6g  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 x+7jJ=F  
 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 A#j'JA>_  
+V6N/{^ 5  
;M"JN:J8  
8. 总结
gaw/3@  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ,0=:06l  
MRdZ'  
第1步 {` Lem  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 H-o>| C  
1Lb+ &  
第2步 vHPp$lql  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 @t6B\ ?4'T  
扩展阅读 (1(dL_?  
扩展阅读 k%)QrRnB  
 开始视频 {?' DZR s  
-    光路图介绍 8D U|j-I8  
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