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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) @ kJ0K  
e' U"`)S  
应用示例简述 "+n4c'  
y^mWG1"O  
1. 系统细节 A[^qq UL'  
 光源 J7'f@X~nM  
— 高斯光束 n%0]V Xx#  
 组件 kfqpI  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 mFqSD  
 探测器 t_I\P.aMA  
— 视觉感知的仿真 m/YH^N0  
— 电磁场分布 4?>18%7&  
 建模/设计 2gd<8a''  
— 场追迹: YH)Opk  
 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。 p{ @CoOn  
Pv/Pww \  
2. 系统说明 o~v_PD[S  
k]SAJ~bS|  
a>wfhmr  
3. 模拟 & 设计结果 zU f>db  
gEr4zae  
4. 总结 JcTp(fnW.~  
|'V DI]p&  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ]Q6+e(:~ZH  
!;o\5x<'$O  
第1步 May&@x/oMS  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 \4h>2y  
AIZW@Nq.5  
第2步 9 z5"y|$  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Sao>P[#x  
$uEJn&n7}  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Z69+yOJI  
pOqGAD{D$  
应用示例详细内容 ?mH@`c,fM  
_Kc 1  
系统参数 .A3DFm3t  
UI!6aVL.  
1. 该应用实例的内容 s1X]RXX&j  
I2TD.wuIW  
1&"-*)  
2. 设计&仿真任务 <Ctyht0c.  
"'['(e+7  
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。 z^4KU\/JK  
Eo%UuSi  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 [f<"p[  
pu FXPw.3  
'oleB_B  
4. 参数:SLM像素阵列 blJIto '  
ZhH+D`9  
f?,-j>[.=f  
5. 参数:SLM像素阵列 *;<e '[Y7f  
5a'yXB}  
\% }raI;Y@  
应用示例详细内容 ecn}iN  
mO#I nTO  
仿真&结果 N<9w{zIK(  
A#<vG1  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM |y.zo cBj  
 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)。 {tPnj_|n<  
 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。 _1sP.0 t  
M]c7D`%s  
2. VirtualLab的SLM模块 Z.!g9fi8>  
m7JPH7P@BM  
/:U1!9.y  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 _3|6ZO  
 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。 A:/}`  
'<TD6jBs  
3. SLM的光学功能 7'Lp8  
l1&5uwuF  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 UmJUt|  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 &GuF\wJ{7  
 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。 Sa Cx)8ul0  
d7E7f  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd L^lS^P  
't7Z] G  
 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。 u=%y  
(#oYyM]  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd :AZp}  
pDGT@qJ  
4. 对比:光栅的光学功能 z OtkC3hY  
 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。 /J;;|X#P  
 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。 +kM\ D~D1  
 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)。 !}ilN 1>  
 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。 ~x'zX-@rC  
 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。 *%X.ym'  
z=qWJQ  
Vb2\/e:k  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd !nwbj21%  
Rb#/qkk/  
5. 有间隔SLM的光学功能 HcA[QBh  
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。 )S2iIi;Bq  
^p,3)$  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd g92dw<$>  
ABcBEv3  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 *<r%aeG$em  
usy,V"{  
M|k&TTV  
6. 减少计算工作量 ^#;RLSv   
_lP4}9p  
Ir/:d]N*  
采样要求: &mcR   
 至少1个点的间隔(每边)。 wlrIgn%  
 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。 RJx{eck%  
G,]z (%  
采样要求: @ u+|=x];  
 同样,至少1个点的间隔。 KY g3U  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 d@ZoV  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 12lEs3  
3p_b8K_bG  
 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。 NI8~QeGah  
 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。 9:-T@u  
 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)。 ]YsR E>  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 q!&B6]  
'irGvex  
tq&Yek>C  
'0RRFO  
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。
 %}h`+L  
7. 指定区域填充因子的仿真 K6hfauWd[  
:CTL)ad2  
 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。 f&c]LH _  
 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。 D#jX6  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 Hd 0Xx}3&  
 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)。 3D[=b%2\  
4UD' %}>y  
#h N.=~  
8. 总结
(;UP%H>  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 skR,-:"8  
Szts<n5  
第1步 JT)k  
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。 ~C| ,b"  
ZoxS*Xk  
第2步 <Oa9oM},d  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 $)*xC!@6X  
扩展阅读 Lm|al.Z  
扩展阅读 ;Iq5|rzDn  
 开始视频 lsY `c"NW>  
-    光路图介绍 B\[-fq  
 该应用示例相关文件: 5 `=KyHi:b  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Pq?*C;D  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
A"4@L*QV  
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