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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

a"gZw9m@  
应用示例简述 v7x %V%K  
NO5\|.,Z  
1. 系统细节 1sgI,5liUs  
 光源 Nv!If$d  
— 高斯光束 9<BC6M_/  
 组件 *#p}>\Y{  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 (Tt\6-  
 探测器 W8{g<. /  
— 视觉感知的仿真 Fd!Np7xw  
— 电磁场分布 (/TYET_H  
 建模/设计  [@YeQ{  
— 场追迹: M?mPi 3  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 W]b>k lp;  
PhTMXv<cE  
2. 系统说明 <4r3ZV;'  
*HiN:30DZ  
jroR 2*  
3. 模拟 & 设计结果 z2'3P{#s  
,*_=w^;Rr  
4. 总结 /dGpac  
LsB|}_j7  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 GH ] c  
u7  s-  
第1步 |6@s6]%X}  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 PM ]|S`  
w)}' {]P"c  
第2步 &c[.&L,w4  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Egy#_ RT{  
JmlMfMpXMs  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 xZbiEDU  
QX`Qnk|Y  
应用示例详细内容 'Lm\ r+$F  
O^/z7,  
系统参数 C8dC_9  
g~ubivl2  
1. 该应用实例的内容 +% E)]*Ym  
Klr+\R@(n  
\PU7,*2  
2. 设计&仿真任务 E}-Y!,v^  
D1G9^7:^E  
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。 'P'f`;'_DC  
s}w?Dvo\  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 z[vHMJ 0  
3 UXaA;  
^:hI bF4G  
4. 参数:SLM像素阵列 \tCxz(vKz  
y6#AL<W@=  
N$&)gI:  
5. 参数:SLM像素阵列 8&q[jxI@8  
PCqE9B)l  
'tJb(X!]q  
应用示例详细内容 kH4xP3. i  
o57r ,`N  
仿真&结果 /9QC$Z):<  
)#%v1rR  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM d@b" ~r}  
 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)。 p)&Yr  
 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。 ~7;AV(\%e  
a8w/#!^34  
2. VirtualLab的SLM模块 1 r9.JS  
7cMHzh k^  
;rj|>  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Bjc<d,]  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 h85 kQ^%  
'lWgHmE  
3. SLM的光学功能 1#Q~aY  
j 3t,Cx  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 GS)4,.  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 ORDVyb_x  
 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。 fk5$z0/  
Fo.p}j+>  
br3r!Vuz/-  
hI6Tp>b*~  
qmy3pnL  
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 )&px[Dbx  
+3d.JQoKl  
jt?DogYx  
qK-\`m  
!+o`,KTYp  
4. 对比:光栅的光学功能 [sc4ULS &  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 nhImO@Q:  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 VKb=)v[K  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 :jHDeF.A  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 'UFPQ  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 .~AQxsGH  
Va-.  
H"b}lf  
7=`_UqCV  
0J z|BE3Y  
5. 有间隔SLM的光学功能 x%J.$o[<_  
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。 {oVoN>gp  
}}X<e  
]w/%>  
_t-e.2a v  
ozUsp[W>  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 OhW o  
c`s ]ciC  
 %G>  
6. 减少计算工作量 Aa!#=V1d  
=u<jxV9  
L)QAI5o:3  
采样要求: LB\+*P6QM  
 至少1个点的间隔(每边)。 %pUA$oUt  
 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。 &s~b1Va  
n eBcS[  
采样要求: =2OLyZDI  
 同样,至少1个点的间隔。 b{(= C 3  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 ,cFBLj(@  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 I~T~!^}U  
zW:r7 P.  
 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。 s<'WTgy1i  
 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。 t2hI^J0y  
 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)。 i-M<_62c  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 Sej(jJX1  
qk_YFR?R  
LA4,o@V`  
p"|0PlW  
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。
|0$7{nQ  
7. 指定区域填充因子的仿真 u!TMt8+c  
/7&WFCc)(  
 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。 xY@<<  
 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。 ,T0q.!d  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 A&UGr971  
 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)。 Q7(I'  
%ou@Y`  
ppR; v  
8. 总结
;dqu ld+q  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 n0vhc;d  
fp2uk3Bm[  
第1步 .mvpFdn  
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。 @WnW @'*F  
4Ixu%  
第2步 fDrjR6xV  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 v@Bk)Z  
扩展阅读 4%>2 >5  
扩展阅读 h"4i/L3aAh  
 开始视频 r#\Lq;+-B  
-    光路图介绍 _qjkiKm?1F  
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