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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) IweQB}d  
aA yFu_  
应用示例简述 )d1,}o  
;[ zx'e?!  
1. 系统细节 J<zg 'Jk^  
 光源 *'t`;m~  
— 高斯光束 $fvUb_n  
 组件 ) DLK<10  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 da^9Fb  
 探测器 F;NZJEy  
— 视觉感知的仿真 ,[hJi3xM  
— 电磁场分布 kI;^V  
 建模/设计 g%[Ruugu  
— 场追迹: -jw=Iyv  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 6qA{l_V  
p]g/iLDZ  
2. 系统说明 nW%c95E  
u1kbWbHu(  
|Z/ySAFM  
3. 模拟 & 设计结果 ff hD+-gTU  
M*{e e0\`r  
4. 总结 QBo^{],  
J\0YL\jw1K  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 5m3sjcp_  
Te13Af~  
第1步 V!=]a^]:  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ,J#5Y.  
ixkg,  
第2步 %~[F^  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 cK } Qu  
u@3w$"Pv1  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 =w5w=qB  
#,;k>2j0  
应用示例详细内容 i xyjl[G  
/4 f;Niem  
系统参数 w {q YP  
,5*4%*n\  
1. 该应用实例的内容 5-QXvw(TH  
] 7O?c=  
'mM5l*{  
2. 设计&仿真任务 q.t5L=l^ r  
KP(Bu0S  
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。 }1P  
I R&u55#I6  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 U|QDV16f  
'37b[~k4  
re*/JkDq3K  
4. 参数:SLM像素阵列 1XKk~G"D  
hg~fFj3ST  
YGO@X(ej,  
5. 参数:SLM像素阵列 $} Myj'`r  
\4[Ta,;t  
HKwGaCj`  
应用示例详细内容 2P}RZvUd  
$9~1s/('  
仿真&结果 qGqu/$bh  
;a`X|N9  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM >A/=eW/q  
 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)。 \v_C7R;&  
 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。 G dU W$.  
>R<fm  
2. VirtualLab的SLM模块 kes'q8k  
6>I.*Qt \l  
u| c+w)a  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 $\ '\@3o  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 /WfxI>v  
(Wqhuw!u  
3. SLM的光学功能 86g+c  
"q .uiz+1:  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 2cg z n@  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 nz\fN?q  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 ~}*;Ko\  
p rgjU  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd B .mV\W  
cw.7YiU  
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 !Xi>{nV  
i`$rzXcS  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd -wfV  
C.-a:oQ[  
4. 对比:光栅的光学功能 KF)i66  
 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。 ,GIqRT4K  
 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。 z sPuLn9G  
 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)。 p/~kw:I  
 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。 d ] ;pG(  
 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。 r `dU (T!  
N}G(pq}  
*lAdS]I  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd  /GUuu  
wlM ?gQXU[  
5. 有间隔SLM的光学功能 ~x:] ch|  
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。 ;g jp&g9Q  
~*Qpv&y)  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ud D[hPJd  
qGCg3u6  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 a7G2C oM8  
XD}_9p  
gUA}%YXe  
6. 减少计算工作量 ':]a.yA\1  
1,'^BgI,  
t8 "-zd8  
采样要求: j:3Hm0W3  
 至少1个点的间隔(每边)。 nn4Sy,cz  
 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。 qI*1+R}  
'Y\"^'OU\  
采样要求: |"w<CK lQ  
 同样,至少1个点的间隔。 /8\&f %E  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 :w%b w\}  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 {PtTPz  
&Ld8Z9IeFp  
 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。 ]_8I_V cQ  
 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。 4CT9-2UC  
 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)。 JSK5x(GlH  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 4ZpF1Zc4B  
bGc|SF<V  
:-" jK w  
g8A{aHb1}  
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。
ItE~MJ5p  
7. 指定区域填充因子的仿真 gEHfsR=D6  
BrMp_M  
 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。 5G;^OI!g  
 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。 ky$:C,1t  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 %MZDm&f>Kk  
 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 ]},Q`n>$  
%uqD\`-  
9R"N#w.U]  
8. 总结
7Sq{A@ ET  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 M;V#Gm  
$'{`i 5XB  
第1步 VQjFEJ  
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。 .+L_!A  
@ aN=U=  
第2步 EiP&Y,vT  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 )h_ 7 2  
扩展阅读 QYw4kD}  
扩展阅读 yPG\ &Bo  
 开始视频 1"B9Z6jf  
-    光路图介绍 <sYw%9V  
 该应用示例相关文件: A<X :K nl  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 dQ`ZrWd_U  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
ur,"K' w  
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