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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

#u2PAZ@qd  
应用示例简述 as\V, {<  
/Pf7=P  
1. 系统细节 ___+5r21\  
 光源 hpw;w}m  
— 高斯光束 DdFVOs|  
 组件 +~[19'GH  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ,Qh4=+jwqn  
 探测器 =|G PSRQ  
— 视觉感知的仿真 }u|0  
— 电磁场分布 A&t}s #3  
 建模/设计 0umfC  
— 场追迹: h7Ma`w\-  
 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。 DSIa3! 0  
w}2yi#E[  
2. 系统说明 * dNMnZ@Y  
=Of#Ps)  
I/@Xr  
3. 模拟 & 设计结果 ?c43cYb  
p~e6ah?1  
4. 总结 R.RCa$  
L Xx 3  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Su-+~` "  
$MR{3-  
第1步 *qR tk  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 8EP^M~rv  
M1oCa,8M+  
第2步 *.K}`89T  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 S ":-5S6  
h.8J6;36  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 BE m%x 0y  
z24-h C  
应用示例详细内容 &XZ>}^lD^  
EoY570PN  
系统参数 IYj-cm  
U}{r.MryFG  
1. 该应用实例的内容 }LE/{]A  
+V0uH pm  
|E}N8 \Gr  
2. 设计&仿真任务 jy1*E3vQ  
!X,=RR `zT  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 )X7ZX#ttH  
zz$*upxK  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 3XA^{&}  
&-{4JSII  
apYf,"|9  
4. 参数:SLM像素阵列 1ITa6vjS  
RLIugz{IH  
E.BMm/WH  
5. 参数:SLM像素阵列 N8!B2uPQ  
AAs&wYp8Yh  
B,A/ -B\  
应用示例详细内容 3 =S.-  
dpE+[O_  
仿真&结果 S3n$  
u''(;U[  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ho0T$hB  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 Nlo*vu  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 <vPIC G)  
z |t0mS$  
2. VirtualLab的SLM模块 Q#vur o  
he!e~5<@y  
V862(y  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 0Uybh.dC  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 uODpIxN  
.lj\ H  
3. SLM的光学功能 K.1#cf ^'  
6>KDK<5NQ  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 |KkVt]ZQe9  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 Iunt!L  
 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。 @90)  
@(ev``L5g  
z*kn.sW  
B!9<c9/ P]  
NB LOcRSh  
 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。 yA6"8fr  
[P"#?7 N  
&"25a[x{B  
Wb^YqqE  
0OlB;  
4. 对比:光栅的光学功能 aP2  
 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。 Vw+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。 }yXa1#3  
 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)。 3"cAwU9  
 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。 I=. 98v%  
 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。 )5p0fw  
L0Xb^vx}m  
# Z8<H  
A5 /Q:8b  
^e)KEkh  
5. 有间隔SLM的光学功能 St'3e<  
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。 poQY X5  
MdCEp1Z  
~6E `6;`  
Z^s&]  
qm8[ ^jO&  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 c:4 i&|n  
: 3*(kb1)&  
{&G0jsA  
6. 减少计算工作量 W}XDzR'<  
b,~6cDU  
He~) i)co  
采样要求: P**h\+M>{  
 至少1个点的间隔(每边)。 1 1O^)_|c  
 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。 %Q]m6ciAM  
l3rr2t  
采样要求: <mi*AY  
 同样,至少1个点的间隔。 vm 1vX;  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 |3QKxS0  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 eM{,B  
0LeR#l:I  
 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。 Xw_AZ-|1D  
 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。 ~#pQWa5  
 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)。 bw&8"k>D?  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 [y&yy|*\  
Hq ]f$Q6:  
hCuUX)>Bt  
Me_.X_  
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
!^:b?M  
7. 指定区域填充因子的仿真 \mbm$E+X  
p gW BW9\  
 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。 <My4 )3  
 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。 $!H;,Jxv  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 Lzm9Kh;  
 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 33:{IV;k  
o]u,<bM$  
GHaD32  
8. 总结
W+k SL{0  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 DQui7dr)l  
Psm5J80}n  
第1步 )O;6S$z9Y  
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。 Wl\.*^`k  
mu@He&w"  
第2步 {(Jbgsxm  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ps[HvV"  
扩展阅读 FN0)DN2d}  
扩展阅读 # 3UrGom  
 开始视频 % 8u97f W  
-    光路图介绍 Gl; xd  
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