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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

cE>/iZc  
应用示例简述 7.rZ%1N  
J7^T!7V.  
1. 系统细节 -vfu0XI~  
 光源 VD`2lGdF  
— 高斯光束 L=!kDU  
 组件 58'y~Ou  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 A2_3zrE  
 探测器 #|h8u`  
— 视觉感知的仿真 L(P:n-^  
— 电磁场分布 .V:<w~=b  
 建模/设计 [y;ZbfMP|o  
— 场追迹: <U`Nb) &  
 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。 \#7%%>p=O'  
/M `y LI  
2. 系统说明 ~0GX~{;r  
,,wx197XeD  
l^?A8jG  
3. 模拟 & 设计结果 .T w F] v  
2#}IGZ`Yp/  
4. 总结 [7w_.(f#  
9sU,.T  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 7gmMqz"z(>  
VZ@@j[F(  
第1步 luog_;{h+  
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。 usf(U>  
48rYs}  
第2步 ,.MG&O  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 &`2*6 )qa  
2+cicBD  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 @soW f  
:S6 <v0`Z  
应用示例详细内容 ys6"Q[B  
G)|HFcE  
系统参数 LOkDx2@g  
?|yJ #j1=  
1. 该应用实例的内容 $:Z xb  
bGO_y]Pc  
dh`A(B{hfc  
2. 设计&仿真任务 UpBYL?+L  
0LuY"(LR  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 S^=/}PT'  
gipRVd*TA  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 8GQs9  
'-TFrNO;h  
sJ()ItU5i  
4. 参数:SLM像素阵列 v3#47F)  
s_kd@?=`x  
(:]iHg3  
5. 参数:SLM像素阵列 D"5~-9<  
~,1X>N"  
kIo?<=F8T  
应用示例详细内容 sOenR6J<$  
`o'sp9_3  
仿真&结果 Gl1$W=pR:  
-8e tH&  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM t2<(by!  
 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)。 R_DQtLI  
 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。 C,.{y`s'  
Mt0|`=64  
2. VirtualLab的SLM模块 !\v3bOi&  
c~;.m<yrf  
]TN}` ]  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 l]cQ7g5  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 "<b84?V5  
Gl9a5b  
3. SLM的光学功能 vUA`V\  
yY|U}]u!V  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 :g_ +{4  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 yB[ LO( 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。 cH ?]uu(  
mAKi%)  
oaE3Aa  
!{\c`Z<#  
"5bk82."  
 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。 (>23[;.0  
,pepr9Yd  
${3OQG  
RzRLrfV  
n_hD  
4. 对比:光栅的光学功能 d~%Rnic6*  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 ;rbn/6  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 PX'%)5:q;i  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 I}x*AM 7+  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 Ho|n\7$  
 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。 "m5ZZG#R`  
<u\G&cd_tA  
4mg&H0 !  
(reD  
|n/id(R+  
5. 有间隔SLM的光学功能 ~ME=!;<_  
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。 ;?9~^,l  
-)GfSk   
Zup?nP2GkT  
L2%P  
~XRr }z_Lq  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 0fNBy^(K  
3 -FNd~%  
ufOaD7  
6. 减少计算工作量 8wd2\J,]  
s+11) ~  
1GxYuTZ{  
采样要求: oR }  
 至少1个点的间隔(每边)。 ~qF9*{~!  
 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。 _{aVm&^kA  
@lI/g  
采样要求: =&'j;j  
 同样,至少1个点的间隔。 t z{]H9  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。  %JZIg!  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 V RL6F2 >6  
i%iU_`  
 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*@.qN  
 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。 =9M-N?cV  
 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)。 6SwHl_2%  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 CT : ac64  
LO229`ARr|  
0IK']C  
UJI1n?~  
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。
:?TV6M  
7. 指定区域填充因子的仿真 K+Qg=vGY  
FP$]D~DMo  
 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 sC j3h  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 q b'ka+X  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 .B@;ch,  
 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 MX34qJ9k  
=uH`EkY:  
UcZ3v]$I  
8. 总结
n| %{R|s  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 TBpW/wz/  
7@`(DU`z  
第1步 .d2s4q\  
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。 g8C+j6uR0  
2yNlQP8%  
第2步 :V [vE h  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 D 6(w}W  
扩展阅读 p`It=16trT  
扩展阅读 G100L}d"N  
 开始视频 !tVV +vT#  
-    光路图介绍 ,70|I{,Km  
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