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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

4O1[D? )`x  
应用示例简述 ]J)3y+;P  
m |%ly  
1. 系统细节 A.>L>uR  
 光源 ['#3GJz-  
— 高斯光束 rc()Eo50  
 组件 \`N<0COP  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 (n {,R  
 探测器 ~Jlo>  
— 视觉感知的仿真 `zjbyY  
— 电磁场分布 #}|g8gh  
 建模/设计 qdY*y&}"J  
— 场追迹: >xK!J?!K  
 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。 /KLs+^c5  
\$[; d:9j  
2. 系统说明 n7*.zI]%&  
d@#wK~I  
FdFN4{<QZ  
3. 模拟 & 设计结果 pon0!\ZT=  
X$(Dem  
4. 总结 H){lXR/#u  
ZCuLgCP?Z  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4y|%Oj  
u{d\3-]/  
第1步 MlmdfO%Y  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 jt,dr3|/n  
),;O3:n  
第2步 ccm(r~lhJ  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 F* h\#?  
\\{+t<?J  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 j]5mzz~  
O=2SDuBZ  
应用示例详细内容 E whCX'Vaj  
+:jx{*}jo  
系统参数 C<u<:4^H  
GiGXV @dq  
1. 该应用实例的内容 [zMnlO  
nBo?r}t4  
|z%:{  
2. 设计&仿真任务 G Rq0nhJ  
D/x!`&.sN  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 uFl19  
1xsIM'&  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 GO<,zOqvU  
C]'ru  
lS!uL9t.  
4. 参数:SLM像素阵列 h-+GS%  
z [9f  
/CfgxPo  
5. 参数:SLM像素阵列 'j27.Ry.  
"2 "gTS  
/ij)[WK@  
应用示例详细内容 *Tyr  
I`-N]sf^  
仿真&结果 \#O}K  
 tQSJ"Q  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM B;=-h(E}vJ  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 kD.KZV  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 &U7INUL  
YOE!+MiO  
2. VirtualLab的SLM模块 6L}}3b h  
7 S 6@[-E  
`j)S7KN  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 !eE;MaS>  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 ~8l(,N0  
(]gd$BgD  
3. SLM的光学功能 %ok??_}$}q  
x_VD9  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 eF=cMC  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 uzgQ_  
 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。 s. ]<r5v7  
8DLj?M>N  
RF$2p4=[  
vA"MTncv  
_'Rzu'$`  
 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。 [3|&!:4g6  
(RBzpAiH  
x4=Sm0Ro|V  
b;k3B7<  
PqDffZ^z  
4. 对比:光栅的光学功能 B3C%**~:e  
 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。 R;l;;dC=  
 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。 R&MdwTa  
 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)。 bbe$6xwi  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 1r?hRJ:'  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 ]/ffA|"U`  
XV %DhR=  
U_[<,JE  
}"x#uG  
dgp1B\  
5. 有间隔SLM的光学功能 d.3cd40Q  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 o!@}&DE|*L  
(<KFA,  
'nRoa7v(  
{a9( Qi  
~;S  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 -g\;B  
0aM&+j\q}  
a2%xW_e  
6. 减少计算工作量 BL[N  
w Sd|-e  
A2 9R5  
采样要求: 1W r,E#+C  
 至少1个点的间隔(每边)。 &m=73 RN  
 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 !fmbm4!a  
KBOp}MEz  
采样要求: *YO^+]nmY  
 同样,至少1个点的间隔。 a${<~M hm  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 slTE.  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 aDZ,9}  
'B\7P*L"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。 Q&]f9j_  
 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。 ,N1pww?  
 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)。 "5204I  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 l >~Rzw  
KM"BHaSkF  
,_ TE@ ]!$  
D-FT3Culw  
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。
>n3ig~0d  
7. 指定区域填充因子的仿真 $zM \Jd  
8<Pi}RH  
 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 Rl&nR$#  
 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。 zZ,"HY=jN  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 A4g,)  
 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)。 .W\JvPTC  
=h xyR;  
orOq5?3  
8. 总结
aLl=L_  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *j( UAVp  
 //0Y#"  
第1步 CaV@<T  
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。 `=S%!akj  
Z;S)GUG^  
第2步 d3\KUR^  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 YYL3a=;`a  
扩展阅读 c/^l2CJ0  
扩展阅读 <Sr:pm  
 开始视频 $4*gi&  
-    光路图介绍 Ii# +JY0k  
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