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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) 0 z.oPV@  
<My4 )3  
应用示例简述 8t25wPlx  
*@^9 ]$*$  
1. 系统细节 Mj2`p#5wKh  
 光源 N7=lSBm  
— 高斯光束 Hyh$-iCa  
 组件 "**Tw'  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 j0_)DG  
 探测器 I($0&Y\De  
— 视觉感知的仿真 Na=.LW-ma=  
— 电磁场分布 /m"O.17N  
 建模/设计 $pr\"!|z  
— 场追迹: .!/w[Z]  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 !Z]#1"A8  
:qy< G!o  
2. 系统说明 THEpW{.E  
| KY6IGcqV  
(_1(<Jw  
3. 模拟 & 设计结果 HQGn[7JW  
|zd+ \o  
4. 总结 @ LPs.e  
YS],o'T  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 v'=$K[_  
v,, .2UR4  
第1步 '1P~"P3  
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。 &|MdBJ  
,58XLu  
第2步 'vCl@x$  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 DL<b)# h#  
Z#uxa  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 &;3iHY;  
HD%n'@E  
应用示例详细内容 K4U_sCh#f  
l/xpAx  
系统参数 Y[sBVz'j5  
vd{ban9  
1. 该应用实例的内容 n Nu~)X  
tW-wO[2  
db*yA@2Lg  
2. 设计&仿真任务 8f`r!/j  
| -l9Z  
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。 e92,@  
-sqd?L.p  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 #M ;j*IBl*  
OV2/?  
3le$0f:O  
4. 参数:SLM像素阵列 z"%{SI^  
:P8X?C63W]  
imc1rY!~'  
5. 参数:SLM像素阵列 xp*Wf#BF  
<sTY<iVR  
Xl,707  
应用示例详细内容 {zIcEN$ ~  
{F=`IE3)w  
仿真&结果 VX:Kq<XwQ  
sa?s[  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM @rP#ktz]  
 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)。 j4wsDtmAU  
 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。 #EA` |  
qm/#kPlM  
2. VirtualLab的SLM模块 IOddu2.(  
 CH$K_\  
9 lXnNK |]  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。  )mH(Hx  
 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。 3!op'X!  
GJ\bZ"vDo  
3. SLM的光学功能 z2iWr  
T@xaa\bzg  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 $sFqMy  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 =F% <W7  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 {nMCU{*k  
.npD<*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ]+5Y\~I  
G0u H6x?  
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 u p zBd]  
#y8Esik  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd XMF#l]P  
*SYuq)  
4. 对比:光栅的光学功能 *JOp)e0b  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 -I:L6ft8  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 t(99m=9>  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 \0;EHB  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 734H{,~  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 YRu/KUT$ 7  
g*WY kv  
K_Kz8qV.?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd I K,aA;d  
r.' cjUs  
5. 有间隔SLM的光学功能 |[@v+koq  
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。 <Q8d{--o  
MFz6y":~  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd _4LDzVjNRe  
$'w>doUlA  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 }-@h H(  
#.2} t0*]5  
L;U?s2&Y  
6. 减少计算工作量 i'`>YX  
+vYVx<uTQ  
@Ll^ze&HI  
采样要求: 'DUY f5nF  
 至少1个点的间隔(每边)。 |~+bbN|b  
 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。 gb26Y!7%  
_o-01gu.  
采样要求: #;\tgUQ  
 同样,至少1个点的间隔。 SpM Hq_MLM  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 &g!yRvM!;Q  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 -e.ygiK.`S  
v{) *P.E  
 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。 } O:l]O`  
 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。 Ku8qn \2"  
 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)。 h@{CMe  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 `jT1R!$3F  
{qFAX<{D  
+2m\Sv V  
Cp]q>lM"  
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
~Dj_N$_+9  
7. 指定区域填充因子的仿真 "9,+m$nj  
S^)xioKsJ  
 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。 #Qd"d3QG  
 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。 e9eBD   
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 (Zu8WyT2  
 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)。 b\+9#)Up@  
F"a31`L>H  
Bz6Zy)&sAL  
8. 总结
= $6pL  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 o vX9  
$B@K  
第1步 Cce{aY  
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。 .*L_*}tno  
W4=<hB  
第2步 vUg o)C#<  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 CQ#%v%  
扩展阅读 $1myf Z  
扩展阅读 =)2!qoE  
 开始视频  uM9[  
-    光路图介绍 .<C}/Cl  
 该应用示例相关文件: Y|iJO>_Uu=  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 uT??t=vb  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
U,4:yc,)s  
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