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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

Vf&U`K  
应用示例简述 hNM8H  
o 2 Nu@^+  
1. 系统细节 < j:\;mi;  
 光源 }[;ZZm?  
— 高斯光束 ea"X$<s>-  
 组件 xeSch?}  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 6X*vCylI  
 探测器 >) u;X  
— 视觉感知的仿真 BV B2$&eJ  
— 电磁场分布 7DJEx~"!2-  
 建模/设计 PPB/-F]rr  
— 场追迹: \jwG*a  
 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。 hK3-j;eg  
Qc3d<{7\~  
2. 系统说明 UeO/<ml3>J  
"00j]e.  
Uv(R^50>  
3. 模拟 & 设计结果 5_aj]"x  
xrPZy*Y,  
4. 总结 `FPQOa*%3  
=U3S"W %  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 |CDM(g>%  
zsXgpnlHT  
第1步 reN\| ?0{  
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。 \R<MQ# x  
uaF-3  
第2步 +d6onO{8  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ;_I>`h"r  
hn8xs5vN  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ;DuVb2~+  
"Xv} l@  
应用示例详细内容 .jCGtR )%  
@KTuG ?.  
系统参数 tTy!o=  
T]De{nHu  
1. 该应用实例的内容 zWC| Qe  
z< L2W",  
m[}k]PB>  
2. 设计&仿真任务 B-MS@ <2  
&u2;S?7m  
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+l/;3  
tn5%zJ#+  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 Kz"3ba}KH  
z$?F^3>  
Mk}T  
4. 参数:SLM像素阵列 ]%E h"   
=~+ WJN  
Op%OQ14$  
5. 参数:SLM像素阵列 @ wR3L:@  
Y)1/f EM  
61S;M8tNv  
应用示例详细内容 eA4D.7HDK  
INN}xZ  
仿真&结果 kEDpF26!  
k_7m[o  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ?P'$Vxl  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 lp *GJP]T  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 qdix@ @  
f!x9%  
2. VirtualLab的SLM模块 +K1M&(  
PQ 4mNjXN  
<,M"kF:  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 A<+Dx  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 +HS]kFH  
i(j/C  
3. SLM的光学功能 V'i-pn2gyu  
t1?aw<  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 R(wUu#n$  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 oPKLr31zt  
 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。 ?8-Am[xH  
t8*Jdd^3Z/  
4C*ywP  
[J,.?'V  
zS%XmS\  
 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。 v6*0@/L M  
>&(#p@#  
q^aDZzx,z  
: "85w#r  
Wlc&QOfF  
4. 对比:光栅的光学功能 /.SG? 5t4  
 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。 sycAAmH<  
 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。 K?uZIDo  
 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)。 (GC]=  
 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。 ]DVr-f ~  
 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。 q_b!+Y  
PT~htG<Fw  
hP"2X"kz&  
&D<R;>iI  
L I<S  
5. 有间隔SLM的光学功能 dbby.%  
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。 sT)>Vdwf_  
/JR+WmO  
:F:1(FDP  
83vMj$P  
 cyl%p$  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 \BnU ?z  
YlrN^rO  
ZwUBeyxS=c  
6. 减少计算工作量 G8av5zR  
D4L&6[W  
es)^^kGj6f  
采样要求: aw*]b.f  
 至少1个点的间隔(每边)。 Z*k(Q5&U  
 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。 J0!V(  
#gC [L=01  
采样要求: J p?XV<3Z  
 同样,至少1个点的间隔。 ! 6(3Y  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 ,6>3aD1w~q  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 gC1LQ!:;Oi  
u9"=t  
 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。 ZO<,V  
 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。 A6]:BuP;c  
 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)。 &ksuk9M  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 #^T`vTD-  
wMVUTm  
%/A>'p,~  
nm5DNpHk  
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。
5 bI :xL}  
7. 指定区域填充因子的仿真 6}6Q:V|  
^\ [p6>  
 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。 Tw-NIT)  
 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。 PBn7{( 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。 ce;7  
 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)。  LSC[S:  
 t;o\"H  
}B-$}  
8. 总结
=Kkqk  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0"R>:f}  
5&n:i,  
第1步 t(3f} ?  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 lx+;<la  
kPX+n+$  
第2步 z206fF  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 U6&`s%mIa  
扩展阅读 q=X<QhK  
扩展阅读 $}&a*c>  
 开始视频 uz!8=,DFw  
-    光路图介绍 !)]/?&uo  
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