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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) VokIc&!Uz  
![1+=F !  
应用示例简述 [J{\Ke0<e1  
&YpViC4K.  
1. 系统细节 VW&EdrR,S  
 光源 \no6]xN;  
— 高斯光束 /o L& <e  
 组件 wr5ScsNS  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 SbLm  
 探测器 *^ aEUp6&  
— 视觉感知的仿真 !B|Aq- n,  
— 电磁场分布 1V ,Mk#_  
 建模/设计 4*Uzomb?q  
— 场追迹: 03p D<  
 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。 N> 7sG(!'"  
yM}~]aQ y  
2. 系统说明 R5Pk>-KF  
kx{LY`pY  
#ME!G/  
3. 模拟 & 设计结果 c~``)N  
I-Q@v`  
4. 总结 aC90IJ8^  
c V$an  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 (fA>@5n  
#)r^ZA&E  
第1步 qPQ6`rD\  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 +P! ibHfP  
VdL*"i  
第2步 f`<elWgc"  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 t| PQ4g<  
zEVQ[y6BcM  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ^yLhL^Y  
B%7Az!GX  
应用示例详细内容 2t7P| b~V1  
@vZeye  
系统参数 5bB\i79$  
/9pN.E  
1. 该应用实例的内容 r1 axC%  
^r=Wj@`  
pKtN$Fd  
2. 设计&仿真任务 Y1Q240  
hv0bs8h  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 Wu~cy}\  
oBO4a^D  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 5^ck$af  
#My14u  
&HQ_e$1  
4. 参数:SLM像素阵列 ["fUSQ  
^GpLl   
<78*-Ob  
5. 参数:SLM像素阵列 C: AD ZJL  
Z=9<esx  
"4IrW6B $9  
应用示例详细内容 R-Ys<;  
Z;O!KsJ  
仿真&结果 s\zY^(v4  
Cnr=1E=  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 9a2[_Wy  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 ds9U9t  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 7@&mGUALO  
Kf-XL ),3l  
2. VirtualLab的SLM模块 ;`O9YbP#  
`?{6L#  
(%c&Km7K  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 bf=!\L$  
 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。 v2IcDz`}7  
) &DsRA7v  
3. SLM的光学功能 w`DcnQK'  
:_,a%hb+8  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 * >/w,E]  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 ~:L5Ar<  
 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。 -9~$Ll+2h  
xw}rFY $  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd QOX'ZAB`  
IgjPy5k  
 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。 8BrC@L2E0  
3@nIoN'z  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 2Wg:eh  
!</U"P:L  
4. 对比:光栅的光学功能 lVuBo&  
 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。 *LMzq9n3o  
 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。 pIV |hb!G  
 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)。 g(auB/0s  
 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' A?-  
 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。 P*jiz@6  
d~MY z6"  
] g<$f#S  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd *s#6e}  
3ZC@q #R A  
5. 有间隔SLM的光学功能 ZbiC=uh  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 <"K2t Tg.  
:@@`N_2?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd pTaC$Ne  
dDSb1TM  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 Yecdw'BW?  
]#[4eaCg  
,{\Ae"{6  
6. 减少计算工作量 fs yVu|G  
 _X  
"Bv V89  
采样要求: Yn$: |$  
 至少1个点的间隔(每边)。 E=8GSl/Jx  
 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。 =E$bZe8  
Qn|8Ic` *  
采样要求: AOkG.u-k  
 同样,至少1个点的间隔。 ~3-"1E>Rgy  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 Q>$lf.)  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 FGPqF;  
3#x1(+c6  
 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。 t*; KxQ+'?  
 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。 ?hAO-*);  
 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)。 vz#-uw,O:  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 *DvX|| `&  
Nmd{C(^o  
@ ;@~=w  
+)bn}L>R l  
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。
 j'Jb+@W?  
7. 指定区域填充因子的仿真 N34-z|"q  
8(&6*- 7=  
 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。 <7>1Z 82)  
 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。 WO{7/h</  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 :/%Y"0  
 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)。  0Gc:+c7{  
9D &vxKE  
GRJ6|T$!?$  
8. 总结
FfxD=\  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ]b]J)dDI  
,;5%&T  
第1步 PH&Qw2(Sx  
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。 {}8C/4iP  
O9-`e  
第2步 $j(d`@.DN~  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 - f ^ ! R  
扩展阅读 h_ccE 6]t  
扩展阅读 (J.Z+s$:2  
 开始视频  *U6+b  
-    光路图介绍 oK-d58 sM  
 该应用示例相关文件: B6;>V`!  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 bcvm]aPu  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
9_d# F'#F  
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