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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

< jX5}@`z  
应用示例简述 $RC)e 7  
olHmRJ  
1. 系统细节 X VH( zJ  
 光源 {?cF2K#  
— 高斯光束 @6;ZP1  
 组件 #z*,-EV|  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 QPFv]^s(  
 探测器 rNke&z:%X_  
— 视觉感知的仿真 \mt Y_O  
— 电磁场分布 !Ap*PL  
 建模/设计 E;k$ICOXA  
— 场追迹: :"i2`y;u  
 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。 :[C|3KKe"  
mZnsr@KF  
2. 系统说明 ?2gXF0+~Y2  
\z@ :OR,  
P+e{,~o  
3. 模拟 & 设计结果 :pvVm>  
8&1xb@Nc7  
4. 总结 fQw=z$  
G}dq ft5"  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 #,"[sag  
3n_t^=  
第1步 ( ~JtKSq%  
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。 p~-)6)We?  
szOa yAS  
第2步  T#Z#YMk  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 }n,LvA@[0  
Nk$|nn9#'  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 + =U9<8  
|b!Bb<5  
应用示例详细内容 &TN.6Hm3  
SEM- t   
系统参数 Ga <=Di):  
w[^lxq  
1. 该应用实例的内容 2UBAk')O}  
=,s5>2  
\M Av's4b@  
2. 设计&仿真任务 4Le{|B  
Izfq`zS+\s  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 #zb67mg~  
[XP\WG>s  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 {JfL7%  
|A=~aQot  
E7<l^/<2S+  
4. 参数:SLM像素阵列  Ozsvsa  
~UwqQD1p  
8xoC9!xt  
5. 参数:SLM像素阵列 }C JK9*Z  
4`?WdCW8  
w)>/fG|;  
应用示例详细内容 s}4k^NGFJ  
hu~XFRw15  
仿真&结果 u*T#? W?  
iW[%|ddk  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM fz+dOIU3\L  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 +rDKx(Rk  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 2FN#63  
t+Qx-sW  
2. VirtualLab的SLM模块 hdbm8C3  
L~Xzo  
}~v0o# I  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 T7(U6yN  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 Z..s /K {  
{w v{"*Q9Q  
3. SLM的光学功能 aM\Ph&c7e'  
>PUT(yNL  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 uLt31G()  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 \?$kpV  
 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。 fQ f5%  
t2FA|UF  
6'.CW4L  
$N4i)>&T2  
1L4v X  
 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。 @CA{uP;  
LiJ./  
ca:Vdrw`  
f3mQd}<L  
<,&t}7M/:  
4. 对比:光栅的光学功能 E$4Ik.k  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 W"D>>]$|u  
 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。 p<Vj<6.=?  
 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)。 X D \;|  
 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。 J+qcA}  
 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。 41i#w;ojI  
)24 1-b V  
#D%l;Ae  
i(S}gH4*o  
zoau5t  
5. 有间隔SLM的光学功能 ezhK[/E=  
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。 :MF+`RpL  
KY9@2JG  
.:Zb~  
gzp]hh@4  
VW**N}1#C  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 Az6tu <  
\WM"VT  
s 5F?m  
6. 减少计算工作量 X>eFGCz}I  
o_.`&Q6n  
Gp1?drF6  
采样要求: 7Dz-xM_?  
 至少1个点的间隔(每边)。 P5Pb2|\*  
 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。 =u.hHkx  
UQJ  
采样要求: P?<G:]W  
 同样,至少1个点的间隔。 `q7X(x  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 knRs{1}Pw{  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 dz )(~@tgz  
!InC8+be  
 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。 8LGNV&Edg  
 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。 ?Nl@K/  
 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)。 o3oTu  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 uiaZ@  
/Hyi/D{W  
F7JF1HfCP  
;Lk07+3G  
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。
evz@c)8  
7. 指定区域填充因子的仿真 a7TvX{<d  
+?GsIp@>jh  
 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。 Jmun^Q/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。 = Tq\Ag:  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 Vv*](iM  
 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)。 BSyS DM  
vFi+ExBU  
q4Y7 HE|ym  
8. 总结
vm8ER,IW)  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 6Vu)  
mh,a}bX{  
第1步 x\K,@  
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。 [(Ihue  
<!derr-K  
第2步 G@o\D-$  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ]eo%eaA   
扩展阅读 )^j62uv  
扩展阅读 8l >Xbz  
 开始视频 <4.j] BE  
-    光路图介绍 p4z thdN[  
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