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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) GyV3]Qqj  
%?^T^P  
应用示例简述 $tyF(RybG  
||y5XXs  
1. 系统细节 q# W|*kL3  
 光源 L&1VPli  
— 高斯光束 OE(H:^ZR  
 组件 s)$N&0\  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 gWp\?La  
 探测器 Wjt1NfS&  
— 视觉感知的仿真 LOyL:~$  
— 电磁场分布 )^UM8 s  
 建模/设计 [>"bL$tlo*  
— 场追迹: bWv4'Y!p  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 ?2VY ^7N[  
!j8h$+:K  
2. 系统说明 *F+t`<2  
03*` T  
SCk2D!u  
3. 模拟 & 设计结果 :ho)3kB  
o+W5xHe^1  
4. 总结 QRj>< TKi  
ReOp,A/y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0bxB@(NO  
]!J 6S.@#+  
第1步 ^4^1)' %  
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。 !3>(fj+QS  
P"0S94o:5J  
第2步 o.t$hv|  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 oxE'u<  
&eV& +j  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 PL/as3O^A  
mH> oF|  
应用示例详细内容 $:"r$7  
0es[!  
系统参数 u2 a U0k:  
_aVrQ@9  
1. 该应用实例的内容 ;cl\$TDL  
E4RvVfA0F  
*vFVXJo  
2. 设计&仿真任务 Go3EWM`Cd8  
ghm5g/  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 ~vnG^y>%  
vz:P 2TkM  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 Y - 6 ?x  
?)x>GB(9ZN  
!b0'd'xe  
4. 参数:SLM像素阵列 x\r7q  
Ddde, WJA  
Ei2Y)_   
5. 参数:SLM像素阵列 `HvU_ja;  
KE:PRX  
*]~ug%a  
应用示例详细内容 Q=J"#EFs  
Z8nj9X$   
仿真&结果 SCE5|3j  
L+Yn}"gIs  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM f>ohu^bd  
 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)。 mh]'/C_*<w  
 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。 Rkm1fYf  
V0 x[sEW  
2. VirtualLab的SLM模块 }$3eRu +  
q}e"E cr  
L<!}!v5ja  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ]&\HAmOQS  
 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。 8 $0D-z  
Mit,X  
3. SLM的光学功能 $u_0"sUV  
QlJ cj+_h  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 E%OY7zf`%  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 ~C=I{qzF+  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 %"PG/avo  
?D-1xnxep  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd F<q'ivj:w  
TjxZ-qw<  
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 / pzdX%7  
;hGC.}X  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd =3OK 3|  
>f#P(  
4. 对比:光栅的光学功能 } r$&"wYM  
 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。 >_P7k5Y^  
 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。 l T~RH0L  
 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)。 6M9t<DQV  
 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。 )&]gX  
 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。 ~K}iVX  
GZ0? C2\  
:+{G|goZ*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd '^ bB+  
JP`$A  
5. 有间隔SLM的光学功能 S[,!  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 XlUM~(7+v  
OJiW@Z_\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd c7 Sa|9*dR  
> nV~5f+  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 Pe6}y  
H-A?F ^#  
vdw5T&Q{{C  
6. 减少计算工作量 :)VO,b~r  
OV3l)73?t  
aTS\NpK&  
采样要求: 7S$Am84%  
 至少1个点的间隔(每边)。 wBZ=IMDu\  
 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。 LVKvPi  
c*2 U'A  
采样要求: eygmhaE  
 同样,至少1个点的间隔。 r/zuo6"5  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 T<(1)N1H`  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 ITJ{]7N  
F: %-x=q  
 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。 yO*~)ALb+  
 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。 WLl_;BgN  
 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)。 FsQeyh>  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 %B?@le+%  
u3 k%  
#HFB* >  
;6S,|rC ]  
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。
j6v|D>I  
7. 指定区域填充因子的仿真 K"u-nroHW  
!v/5 G_pr  
 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。 8G$ %DZ $  
 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。 X[/>{rK  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 rk$&sDc/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)。 )!6JSMS  
&*2\1;1tB  
TNe,'S,%  
8. 总结
e R Y2.!  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _8t5rF  
!5,>[^y3  
第1步 ;1qE:x}'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。 7P1G^)  
3ARvSz@5  
第2步 j>j Zg<}J  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 U\aP  
扩展阅读 HYVSi3[  
扩展阅读 U%%fKL=S  
 开始视频 W0e+yIaR  
-    光路图介绍 X&C&DTB  
 该应用示例相关文件: F6>K FU8  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 .OhpItn  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
+;z^qn  
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