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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) ;Sg,$`]  
>V4r '9I  
应用示例简述 DiGHo~f  
xM@s`s|n  
1. 系统细节 @!}/$[hu1  
 光源 Ql9>i;AGV  
— 高斯光束 @"wX#ot  
 组件 <4~SFTWY  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ei"c|/pO  
 探测器 {u -J?(s}  
— 视觉感知的仿真 sH'0utD#Y  
— 电磁场分布 %UhLCyC/  
 建模/设计 e/#6qCE  
— 场追迹: J^S!GG'gb  
 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。 kD7'BP/#  
<0? r# }  
2. 系统说明 '-Oh$hqCx|  
f2&6NC;  
2.]d~\  
3. 模拟 & 设计结果 0)7v _|z  
(44L8)I.D  
4. 总结 ` N R,8F  
=e0MEV#s.  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 B-$zioZ  
b5I 8jPj4c  
第1步 h9!4\{V;h  
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。 hwQ|'^(@O  
Qr7|;l3  
第2步 %d40us8E  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 l*huKSX}  
{u9n?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。 G)c+GoK  
y7+n*|H  
应用示例详细内容 :(.:bf  
.726^2sx  
系统参数 UEt78eN  
H8B2{]HAt  
1. 该应用实例的内容 B&<5VjZ\  
9_.pLLx  
TTbJ9O<43  
2. 设计&仿真任务 dw!Xt@,[g{  
i )$+#N  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 qh&q <M  
g{uiY|  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 "%S-(ue:  
A f!`7l-  
(FZ8T39  
4. 参数:SLM像素阵列  TU6YS<  
ZX.,<vumSy  
%++S;#)~  
5. 参数:SLM像素阵列 Uovna:"  
b'` XFB#V  
qJO6m-  
应用示例详细内容 Ktvs*.?  
,\#j6R,{I  
仿真&结果 V pzjh,r-j  
q[}r e2  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM |9Yx`_DF  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 2PUB@B' +  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 m=v.<+>  
Pth4_]US  
2. VirtualLab的SLM模块 ~E_irzOFP  
vRD(* S9^  
e%4vvPp  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 heB![N0:  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 g>'6"p;  
;`kOFg#`)c  
3. SLM的光学功能 =CS$c?  
KL9JA; "  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 nD)SR  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 zlTLp-^Y  
 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。 N~or.i&a  
w^n&S=E E~  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd AW9%E/{  
(^sb('"  
 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。 $Fy~xMA8O  
z|Xt'?9&n  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ,zH\P+*  
]W%rhppC  
4. 对比:光栅的光学功能 Z=%u:K}[  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 D&@ js!|5  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 CDW| cr{  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 S$R=!3* "V  
 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。 0"+QWh  
 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。 >yqEXx5{  
(Ia:>ocE0  
wN6sica|  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd i=M[$   
3/& |Z<f  
5. 有间隔SLM的光学功能 5GPAt  
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。 N[O_}_  
<S;YNHLC  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd h"}F3E  
#^ .G^d(=  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 W=|'&UU Ul  
QV*la=j/  
Y2 N$&]O{  
6. 减少计算工作量 L=s8em]7l  
/w2IL7}  
vt5>>rl  
采样要求: G4#Yz6O  
 至少1个点的间隔(每边)。 7ruWmy;j  
 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。 4K4u]"1  
y] Cx[  
采样要求: FgPmQ  
 同样,至少1个点的间隔。 C)9-{Yp  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 a<+Rw{  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 to #2.  
XoMgb DC  
 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。 cRf;7G  
 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。 xcJvXp  
 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)。 ]Rp<64I o  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 'Nx"_jQ  
(.{."  
#}Ays#wA>?  
a{?>F&vnU  
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。
\(5Bi3PA}  
7. 指定区域填充因子的仿真 v yP_qG  
4L,&a+)  
 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。 {z'Gg  
 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。 7bJM $  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 $.B}zY{  
 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 W$Aypy  
y92<(ziaX)  
SBw'z(U  
8. 总结
)%!X,  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 mj9]M?]  
r&L1jT.  
第1步 ~i}/  
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。 H@k$sZ.  
Ac[;S!R  
第2步 T(~^X-k  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 P|aSbsk:I<  
扩展阅读 0upZ4eN  
扩展阅读 HI)U6.'  
 开始视频 `]Vn[^?D  
-    光路图介绍 8mX:*$qm:  
 该应用示例相关文件: VC!g,LU|-  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 RZj06|r8  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
D[Ld=e8t  
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