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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) Aj9Ji"18za  
O1D6^3w  
应用示例简述 /({;0I*!i  
B/J>9||g  
1. 系统细节 KQld YA|m  
 光源 -/ x W  
— 高斯光束 C{Asp  
 组件 z305{B:Y  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 l;"Ab?P\  
 探测器 0Rz(|jlbS  
— 视觉感知的仿真 0G <hn8>  
— 电磁场分布 c=[q(|+O!  
 建模/设计 1z*kc)=JF8  
— 场追迹: HPQ/~0$  
 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。 cBYfXI0`  
o<l 2r  
2. 系统说明 &[a Tw{2  
3ta$L"a  
{%.Lk'#9  
3. 模拟 & 设计结果 K'1~^)*  
QM5 .f+/  
4. 总结 ~AG$5!  
tfkr+ /  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 #hL*r bpT  
r]P,9  
第1步 p T[gdhc  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 'P laMOy  
~|Z'l%<Os  
第2步 %8)W0WMe  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 /}5B&TZ=(3  
hzY[ G :  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 G",.,Px  
K{cbn1\,H  
应用示例详细内容 /^#G0f*N  
p|XAlia  
系统参数 MS<SAD>w  
)F pJ 1  
1. 该应用实例的内容 -Dzsa  
H]31l~@]  
n&-496H  
2. 设计&仿真任务 /.V0ag'G  
8cm@a*2%  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 fT Y/4(  
ohc1 ~?3b  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 RbQ <m!A  
>_ X/[<  
r;iV$Rq !  
4. 参数:SLM像素阵列 /&Jv,[2kV  
{.k)2{  
Di=9mHC  
5. 参数:SLM像素阵列 qJ8-9^E,L  
.dq "k  
zuL7%qyv  
应用示例详细内容 3+YbA)i;  
:WXf.+IA  
仿真&结果 dEp/dd~(&  
(:\LWJX0=  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM u/AT-e r;  
 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)。 ~U}Mv{ y  
 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。 R[A5JQ$[  
\gccQig1CJ  
2. VirtualLab的SLM模块 Jp;k+ "<q  
j%&  IL0  
b;9n'UX\  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 i (HByI  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 'I/h(  
K]N~~*`%`  
3. SLM的光学功能 e^e$mtI  
FMu!z  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 'M'w,sID  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 K 6pw8  
 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。 IG.f=+<0  
ValS8V*N1  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd f =_^>>.  
)&Z>@S^  
 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。 x3p9GAd#  
TGWdyIk  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd PM~*|(fA  
_J"mR]I+  
4. 对比:光栅的光学功能 =B5E0x  
 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。 ` %' z  
 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。 *Wyl2op6  
 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)。 kl{6]39  
 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。 P"4Mm, C  
 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。 V;*pL1  
2uu[52H8d%  
!Q[}s #g  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Oje|bxQ  
#)i&DJ^Y  
5. 有间隔SLM的光学功能 S|2VP8xY9  
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。 mrnxI#6  
xw%)rm<t  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd _O 52ai><b  
x*mc -&N  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 z<QIuq  
<kc]L x  
3bH5C3(u  
6. 减少计算工作量 ^_w*XV  
'jbMTI  
y''0PSfb#  
采样要求: Rrz'(KSDw  
 至少1个点的间隔(每边)。 0}-#b7eR  
 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。 U(A4v0T  
q}Rlo/R  
采样要求: _SF!T6A  
 同样,至少1个点的间隔。 ,^+#M{Z  
 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#R %8)  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 {_ 6t4h}  
9L=;KtE1  
 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。 G"fdu(.@  
 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。 zPE#[\O21B  
 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)。 v|y<_Ya  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 4^MSX+zt  
gL,"ef+nM  
x?>!UqgkY  
;x RjQR  
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。
<"NyC?b+G  
7. 指定区域填充因子的仿真 D3]@i&^B  
8v$ g  
 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。 s9:%s*$u  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 Lkp&;+  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 wV %8v\  
 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 g?$e^ls  
sVlZNj9i"  
7Ff?Ysr  
8. 总结
WxDb3l~  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 N7+#9S5fv  
~e+0c'n\  
第1步 |Pj9ZG#  
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/67dcz,  
J,`_,T  
第2步 kYTOldfY2  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 cC' ^T6  
扩展阅读 b e_C>v  
扩展阅读 HcDyD0;L.  
 开始视频 xf[z EEt  
-    光路图介绍 kYmo7  
 该应用示例相关文件: +0dQORo  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 `J]<_0kX}%  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
t{[gKV-b  
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