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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) s-~`Ao' <  
l+X\>,  
应用示例简述 c:<a"$  
w(K|0|t  
1. 系统细节 g1(5QWb  
 光源 Hx!eCTO:*  
— 高斯光束 5hTScnL%  
 组件 N7YCg  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 8~ &=vc  
 探测器 ln8es{q  
— 视觉感知的仿真 .K`n;lVs  
— 电磁场分布 /vu]ch  
 建模/设计 n~tb z"&  
— 场追迹: w^,Xa  
 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。 "yj_v\@4  
Y/T-q<ag8  
2. 系统说明 )<qL8#["U  
Z'Pe%}3  
hTmJ ~m'J  
3. 模拟 & 设计结果 yB 'C9wEH  
{L [   
4. 总结 O\)Kg2  
^YB2E*  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 5fYWuc9}z  
g yhy0  
第1步 m9+?>/R  
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。 B]6Lbp"oo  
,t:P  
第2步 T8Q_JQ  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 )d2:r 07a  
1}+b4 "7]  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 E&5S[n9{3  
<K,X5ctM}  
应用示例详细内容 V`HnFAW  
t)rPXvx}!  
系统参数 Cpy&2o-%v  
G?61P[j7  
1. 该应用实例的内容 Rw FA  
]lqZ9rO  
Ih4$MG6QC  
2. 设计&仿真任务 ~t ZB1+%)  
"fUNrhCx  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 t1yOAbI  
%~8f0B|im  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 O'{kNr{u  
o=K9\l  
q/d?c Lgl  
4. 参数:SLM像素阵列 b;#_?2c  
?mSZQF:d@  
%[M0TE=J  
5. 参数:SLM像素阵列 0C  K  
}pnp._j  
{2q0Ko<  
应用示例详细内容 lNtxM"G&  
w5 ]lU  
仿真&结果 pU'>!<zGr  
)Q>Ao.  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM B& R?{y*  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 ^u1Nbo  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 |5X59! JL  
9yWf*s<  
2. VirtualLab的SLM模块 N:'!0|6?x-  
5 6.JB BZZ  
B3u/ y  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 dNF_ T?E\  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 X(rXRP#  
9=}[~V n  
3. SLM的光学功能 uOy/c 8`  
x(R;xB  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 o?Cc  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 n;$u%2t2  
 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。 ( ^@i(XQ  
=5V7212  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 4[MTEBx  
yFQaNuZPC  
 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。 H$ g*  
^cSfkBh  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ;134$7!Y  
%7w8M{I R3  
4. 对比:光栅的光学功能 @:#J^CsM+'  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 aNNRw(0/  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 +`>E_+Mp  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 xpo^\E?2  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 b4bd^nrqV  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 Dj'?12Onu=  
&}7R\co3  
SK^(7Ws~0  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd kR^h@@'F"  
1_v\G   
5. 有间隔SLM的光学功能 }1~9i'o%Z  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 (xVx|:R[<H  
I"x|U[*B  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd %dq%+yw{%m  
VwZ~ntk  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 ;' vkF  
VP^Yf_  
Zv=pS (9  
6. 减少计算工作量 Bp5ra9*5+~  
!6RDq`  
NCG;`B`i  
采样要求: i20y\V os?  
 至少1个点的间隔(每边)。 C4.GtY8,d  
 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 2;s[m3  
OY:rcGc`t  
采样要求: q/54=8*h0  
 同样,至少1个点的间隔。 (l-= /6-  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 CMOyK^(e  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 q oi21mCn  
>dm9 YfQ  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 eI2HTFyT  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 N#"l82^H*  
 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 PuGs%{$(h  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 j3/6hE>  
Og1vD5a  
NFx%e  
~&qvS  
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。
.udLMS/_  
7. 指定区域填充因子的仿真 ,(K-;Id4  
K[OOI~"C  
 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。 #G F.M,O/h  
 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。 ( B\ UZb  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 GWPBP-)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)。 c!7WRHJE_a  
~S;-sxoO0l  
a~_JTH4=t  
8. 总结
F!)[H["_  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 wS#Uw_[  
)?(Ux1:w)  
第1步 . <z7$lz\  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 e"eIQI|N  
2z;3NUL$n  
第2步 37a1O>A  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 nYZ6'Iwi'  
扩展阅读 -k8sR1(  
扩展阅读 [w@S/K[_|  
 开始视频 ,pGA|ob  
-    光路图介绍 sRT H_]c  
 该应用示例相关文件: 9cP{u$  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 q6C`hVM l  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
i.)n#@M2  
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