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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) (R*j|HAw`X  
%m&@o~+  
应用示例简述 AjkW0FB:1  
}%TPYc  
1. 系统细节 G2:%g(  
 光源 uw AwWgl  
— 高斯光束 SA;#aj}rV  
 组件 S($Su7g%_  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ]:ZdV9`  
 探测器 V}WB*bE  
— 视觉感知的仿真 LWnR?Qve<  
— 电磁场分布 5/MKzoB  
 建模/设计 4x;_AN  
— 场追迹: hK|j6x f.o  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 }ns-W3B'  
;dR=tAf0$Q  
2. 系统说明 r;&>iX4B  
bBc[bc>R  
QDx$==Fo  
3. 模拟 & 设计结果 qS| \JG  
c;2#,m^  
4. 总结 n'1'!J; Q  
O%8EZyu  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 "N?+VkZEv  
{)8>jxQN  
第1步 O@V%Cu  
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。 ml`8HXK0  
v\tEVhm  
第2步 S! v(+|  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,Wbwg  
T .FI'wy  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ar9]"s+'  
Jg}K.1Hs  
应用示例详细内容 @Fp_^5  
`-h8vj5uG  
系统参数 hrGM|_BE  
c2t=_aAIPQ  
1. 该应用实例的内容 pi<TFe@eG  
Gs+3e8  
)G^ KDj"  
2. 设计&仿真任务 o%9*B%HO/  
%h?x!,q Y  
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。 PYbVy<xc  
fC,:{}  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 (0YZZ93  
[Zei0O  
[I!6PGx  
4. 参数:SLM像素阵列 =U%Rvm  
?=m?jNa;nC  
WmY``  
5. 参数:SLM像素阵列 AP77a*@8  
R}^~^#  
Lzu.)C@Amx  
应用示例详细内容 h3LE>}6D  
<:SZAAoIV  
仿真&结果 QUU;g2k  
g35DV6  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM x=ul&|^7D  
 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)。 a}%#*J)!  
 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。 KD`IX-r{s  
na9sm  
2. VirtualLab的SLM模块 h4q|lA6!k8  
Llr>9(|  
B2-V@06  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 yKYTi3_(  
 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。 rE}%KsZ  
ZovW0Q)m  
3. SLM的光学功能 *h}XWBC1q  
N[<\>Ps|u  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 bGc~Wr|  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 $STaQ28C  
 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。 U2bjFLd"  
+=O5YR!{  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ^h69Kr#d4  
"jG}B.l=,  
 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。 ;W>k@L  
$GlWf  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd .zi_[  
^J$2?!~  
4. 对比:光栅的光学功能 i_j[?.?X}  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 6@rMtQfI  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 z^'gx@YD*v  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 /Mvf8v  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 .Y&)4+ckL  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 _d5QbTe  
i\,-oO  
r"P|dlV-  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Wk)OkIFR  
|S_eDjF  
5. 有间隔SLM的光学功能 [ucpd  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 IZpP[hov  
8fl`r~bqZ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd < jJ  
#ZB~ x6i6  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 <sBbT `  
C{U?0!^  
}H^+A77v  
6. 减少计算工作量 E=nIRG|g  
bbE!qk;hEP  
!2ZF(@C /  
采样要求: { \81i8b]  
 至少1个点的间隔(每边)。 U/!TKic+  
 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 _h{C_;a[_  
~"nxE  
采样要求: N sXHO  
 同样,至少1个点的间隔。 Q+[n91ey**  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 M/b Sud?@%  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 jIJ~QpNE  
AE[b},-[  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 _852H$H\  
 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。 JMC. w!  
 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)。 "&Y`+0S8  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 ;r<^a6B  
Ayxkv)%:@)  
*\ R ]NV  
!2%HhiB'   
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。
8A##\j )  
7. 指定区域填充因子的仿真 Te"ioU?.  
~%&LTX0s|  
 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。 ,E S0NA  
 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。 -t!~%_WCv  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 <:+x+4ru  
 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)。 <^#,_o,!  
~vm%6CABM  
]cHgleHQ  
8. 总结
=$'6(aDH  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ; ZA~p  
e"{{ TcNk  
第1步 p`olCp'  
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。 P3x8UR=fS  
Tp?7_}tRi  
第2步 b RFLcM  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 3l rT3a3vV  
扩展阅读 'j#*6xD  
扩展阅读 dqU~`b9  
 开始视频 XO.jl"xu  
-    光路图介绍 W=N+VqK  
 该应用示例相关文件: %~4M+r6T  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ,LHn90S  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
UXJ eAE-  
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