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infotek 2024-11-11 07:55

空间光调制器像素处光衍射的仿真

空间光调制器(SLM.0002 v1.1) ri;r7Y9V9`  
'jwTGT5x  
应用示例简述 {.%0@{Y  
GYTbeY  
1. 系统细节 .;}pU!S~R  
 光源 ^W{eO@  
— 高斯光束 f(W,m >.;  
 组件 yl|R:/2V  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ,9+nfj  
 探测器 <C2c" =b  
— 视觉感知的仿真 5"]aZMua  
— 电磁场分布 |HT)/UZ|  
 建模/设计 @V*au:  
— 场追迹: /Ir 7 DZK  
 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。 !vi4* @:  
~MD><w>  
2. 系统说明 ~n)]dFy  
!WDn7j'A  
j= p|'`  
3. 模拟 & 设计结果 .jy)>"h0  
HX z iDnj  
4. 总结 (p'/p  
[)B@  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _p?I{1O  
([ E#zrz%  
第1步 6NP`P jR  
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。 vsxvHot=  
4 {uJ||!  
第2步 d;IJ0xB+by  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 vQE` c@^{  
`\6 +z  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 WIhIEU7/  
$XtV8  
应用示例详细内容 1 / F<T  
MX%|hIOpr  
系统参数 9iiU,}M`j  
~r7DEy|+  
1. 该应用实例的内容 1j_aH#Fz:  
m3x!*9h  
|8b$x| B  
2. 设计&仿真任务 /6?tgr  
1ZGQhjcx  
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。 $,!dan<eA  
KI^q 5D ?  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 +A;n*DF2  
.CB"@.7  
q>wa#1X)  
4. 参数:SLM像素阵列 ~`a#h#  
<<~lV5  
>& 4I.nA  
5. 参数:SLM像素阵列 y81#UD9[  
je$R\7B<  
S S7D1  
应用示例详细内容 7cJO)cm0'  
Rq~ >h99M  
仿真&结果 7l4InR]  
@8}-0c  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM MV:<w3!  
 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)。 Z &ua,:5  
 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。 wt3Z?Pb  
!ds"88:5^  
2. VirtualLab的SLM模块 t(LlWd  
; +#za?w  
tOp:e KN  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 H-PW(  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 QmDhZ04f  
`t/@ L:  
3. SLM的光学功能 , .NG.Q4f  
bRY4yT  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 8=u+BDG  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 Dg];(c+/  
 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。 -O5(%  
D{3 x}5  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 6kmZ!9w0|  
n8y,{|  
 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。 UH.}B3H   
~ L i%  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd SFXfo1dqH  
-sGWSC  
4. 对比:光栅的光学功能 !Sr0Im0  
 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。 : p*ojl|  
 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。 MSrY*)n!>O  
 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)。 yScov)dp(  
 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。 +p%5/ smfs  
 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。 1zEZ\G  
nP3;<*T P0  
CzDR%vx  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd t,r&SrC  
u3v6$CD?  
5. 有间隔SLM的光学功能 3T.M?UG>  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 3Wtv+L7Br  
X?k V1  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd e*'|iuDrY  
y:|Xg0Kp  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 fuIv,lDA  
e8ig[:B>+  
# |*,zIYo  
6. 减少计算工作量 V?L$ ys  
#B.w7y5*  
GJl@ag5h]!  
采样要求: \i;~~;D  
 至少1个点的间隔(每边)。 "3KSmb   
 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。 { ves@p>?  
*~lgU4  
采样要求: "}~i7NBB  
 同样,至少1个点的间隔。 ?U9d3] W  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 ff5 Lwf{{  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 j*Wh;I+h  
l!2Z`D_MD  
 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。 6/WK((Fd  
 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。 S&)) 0d  
 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)。 ; K 6Fe)  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 :Kc0ak)<n  
]OCJ~Zw  
cTIwA:)D  
A(@gv8e[H^  
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。
'rq#q)1MT  
7. 指定区域填充因子的仿真 *e"GQd?  
sz2SWk^&  
 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。 >^\>-U|  
 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。 j?KB8oY`TP  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 q?]@' ^:;  
 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)。 &)f++(i  
-$MC  
Y" +1,?yH  
8. 总结
W<hdb!bE  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 `zOAltfd  
`6/Yf@b  
第1步 ;F]|HD9  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 (>5VS  
0<]!G|;|  
第2步 V-U  ^O45  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 f;XsShxr  
扩展阅读 ?OYwM?Uf  
扩展阅读 }GNH)-AG)$  
 开始视频 jl0Eg  
-    光路图介绍 {F9Qy0.*u  
 该应用示例相关文件: A%8`zR  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 >@89k^#Vc  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
x^#{2}4u  
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