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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) =Mg/m'QI  
h q5=>p  
应用示例简述 /xK5%cE>B  
ZI<p%IQ   
1. 系统细节 _}_lrg}U  
 光源 ,zCrix 3  
— 高斯光束 o_2mSD!  
 组件 h6!o,qw"  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Tum9Xa  
 探测器 \\j98(i  
— 视觉感知的仿真 In-W,   
— 电磁场分布 #3:;&@#  
 建模/设计 Rp#9T?i``[  
— 场追迹: Ek!$Ary  
 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。 2>s@2=Aq  
'O#,;n  
2. 系统说明 ` ,B&oV>  
$EHnlaG8r  
GJ>vL  
3. 模拟 & 设计结果 tDuQ+|~M  
bL=32YS  
4. 总结 #8 N9@  
jGB2`^&d  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 #}^ kMD >  
7\'ow|)}v  
第1步 x6,kG  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ~YxLDo'.t  
u9AXiv+K  
第2步 Zi+>#kDV  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <{C oM  
5t$ZEp-  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 D`r^2(WW  
NN<kO#c+2  
应用示例详细内容 8G?{S.%.  
E' p5  
系统参数 Hv>C#U  
"RuH"~o  
1. 该应用实例的内容 / jI>=:z  
{5+t\~q$  
Qtmsk:qm  
2. 设计&仿真任务 \ H#zRSbZ  
MKd{ y~'  
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。 RRaGc )B  
xUYUOyV  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 u7!X#<  
~+VIELU<%  
 D7%`hU  
4. 参数:SLM像素阵列 f"h{se8C  
>6XGF(G   
mw<LNnT{8  
5. 参数:SLM像素阵列 X*F#=.lh  
=G*rfV@__V  
 EthnI7Y  
应用示例详细内容 [guJd";  
M*)}F  
仿真&结果 zJ42%0g  
ZHxdrX)  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM g/+P]c6/  
 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)。 #vJDb |z  
 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。 a;AvY O  
brN:Ypf-e  
2. VirtualLab的SLM模块 &?(r# T  
\AOVdnM:  
qw[)$icP  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 d$<HMs:o@  
 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。 u\zRWX  
wy&s~lpV,7  
3. SLM的光学功能 =iy%;>I `  
t?9F2rh  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 =!_e(J  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 ^JF6L`Tp  
 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。 I%(`2 rD8G  
wm|{@z  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd = >)S\Dfi  
Y5fwmH,a-  
 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。 ev>gh0  
5nIm7vlQm  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ,Z*?"d  
UJ1Ui'a(!!  
4. 对比:光栅的光学功能 ^- T!(P:  
 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。 Klh7&HzR  
 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。 xtL_,ug  
 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)。 ?4wS/_C/  
 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。 epi{Ayb  
 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。 xd\k;nq  
djV^A  
\{L!hAw  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd zzi%r=%r&  
xqv4gN6  
5. 有间隔SLM的光学功能 ?:OL8&0  
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 8OLx+!0e  
TI:-Y@8  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd uiDK&@RS  
zghUwW|K  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 0EfM~u  
&; 5QB  
DLe?@R5  
6. 减少计算工作量 OOS(YP@b  
NK]X="`  
A1x?_S"a  
采样要求: -:t<%]RfY  
 至少1个点的间隔(每边)。 !'(bwbd  
 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。 ;>Y,b4B;  
j K?GB  
采样要求: to9 u%d8  
 同样,至少1个点的间隔。 XHcT7}]  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 Q+gd|^Vc9  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 xJrRJwL  
]&w>p#_C  
 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。 IQxY]0\uf6  
 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。 ECqcK~h#E  
 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)。 qT^R> p  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 Am&/K\O  
$J&ww P[  
o:jLM7$=  
B ?96d'A  
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。
@x?7J@:  
7. 指定区域填充因子的仿真 j_c0oclSz  
i6M_Gk}  
 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。 EaGh`*"w(7  
 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。 XZhuV<  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 vBAds  
 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)。 rr>*_67-:  
zz3Rld!b[  
TWkuR]5  
8. 总结
znv2:  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 W*i PseXq  
#jn6DL@[{  
第1步 4tU3+e5h  
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。 ?it49  
`!Ei H<H}  
第2步 y)o!F^  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 833KU_ N  
扩展阅读 ]+x;tP o  
扩展阅读 DJP)V8]!B  
 开始视频 U,S&"`a  
-    光路图介绍 V~M>K-AL  
 该应用示例相关文件: R4v)}`x  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 kb{h`  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
is?H1V~8`$  
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