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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) QjC22lW-  
aDehqP6vf  
应用示例简述 JMVNmq&0  
^mb[j`CCt  
1. 系统细节 bcAvM;  
 光源 NuYkz"O]  
— 高斯光束 5bA)j!#)|X  
 组件 JkGnKm9G  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 !o>H1#2l  
 探测器 >y}M.Mm  
— 视觉感知的仿真 D)@YI.T  
— 电磁场分布 )LdyC`S\c  
 建模/设计 b9"jtRTdz  
— 场追迹: (?H0+zws^  
 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。 3mSXWl^?  
$z$u{  
2. 系统说明 r@{~ 5&L  
*A~ G_0B  
Vf`7V$sr  
3. 模拟 & 设计结果 2QNNp:`6  
F|& {Rt  
4. 总结 *#TYqCc+g  
8v7 1e>  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 c)Ic#<e(  
6&!&\  
第1步 fl;s9:<  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 IQ!\w-  
"7 v-` i  
第2步 }'OHE(s  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 suH&jE$x  
l?iSxqdT  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 \3Q&~j  
Q.Aw2  
应用示例详细内容 = 0- $W5E  
i%{3W:!4t  
系统参数 U#n#7G6fRp  
5VO;s1  
1. 该应用实例的内容 2..,Sk  
4G@nZn  
n$aA)"A #  
2. 设计&仿真任务 n9;;x%6.I  
v?c 0[+?  
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。 `+#G+Vu5  
f,z P*  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 P"lBB8\eku  
yIb,,!y9{  
`]v[5E  
4. 参数:SLM像素阵列 +x]9+D&  
>|Q:g,I  
f1PN |  
5. 参数:SLM像素阵列 &/A 8-:m  
zKFp5H1!%+  
9e U[*S  
应用示例详细内容 4gSH(*}  
l/y]nw  
仿真&结果 $^ 'aCU0C  
dx,=Rd5'  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 1ZJQs6  
 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)。 XCsiEKZ_i  
 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。 #,(sAj  
<?0~1o\Ur  
2. VirtualLab的SLM模块 ,uz ]V1  
f&4,?E;6%  
zciCcrJ  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 %~NH0oFO  
 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。 J wmT /  
(!5LW '3B  
3. SLM的光学功能 nH !3(X*  
QHBtWQgS  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 +KEkmXZ  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 `N/RHb%  
 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。 % p?b rc  
!}M,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ~e@>zoM'^  
qP*}.Sqk7  
 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。 0(8H;T  
XA_FOw!cX  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd  \4ghYQ:  
_kFYBd  
4. 对比:光栅的光学功能 KyP)Qzp  
 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。 9H]_4?aX  
 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。 aH_6s4+:  
 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)。 qIwV q!=  
 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。 ,%#   
 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。 .wrL3z_  
Vy G4(X va  
^4v*W;Q  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd  1;eX&  
t@?u  
5. 有间隔SLM的光学功能 vOI[Z0Lq9h  
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。 ! o, 5h|\  
pL1s@KR  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd FrTg4  
VY 1vXM3y  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 &ogt2<1W  
w8~K/>!f  
O';ew)tI  
6. 减少计算工作量 "L& k)J  
1D([@)^  
 ZC^C  
采样要求: \[wCp*;1}  
 至少1个点的间隔(每边)。 HO|-@yOF^  
 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。 Md; /nJO~{  
y@ek=fT%4  
采样要求: `kN #4p  
 同样,至少1个点的间隔。 eo#^L}  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 @fn6<3  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 U Lmg$T&  
^gro=Bp(  
 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。 |@VF.)_  
 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。 DhKr;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)。 #'o7x'n^  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 V`a+Hi<P\  
KAA3iA@>+  
;\)=f6N  
%I4zQiJ%  
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。
f!GHEhQ9  
7. 指定区域填充因子的仿真 dXu{p  
!)OB@F%U  
 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。 .5tg4%l  
 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。 Aa(<L$e!`  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 |DG@ht  
 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 \MYU<6{u  
0my9l;X   
.{rbw9  
8. 总结
' lo.h""  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <4?*$  
r:l96^xs  
第1步 pz}mF D&[  
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。 w{7 ji}  
] V G?+  
第2步 4Z%Y"PL(K  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 eO4)|tW  
扩展阅读 ]O{_O&w  
扩展阅读 EnCU4CU`  
 开始视频 B%b_/F]e  
-    光路图介绍 {/UhUG  
 该应用示例相关文件: V,4.$<e  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 1i?=JAFfM  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
af>3V(7  
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