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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) De$AJl  
Dc9uq5l  
应用示例简述 q*!R4yE;C  
Hq@+m!  
1. 系统细节 'o$j~Mr  
 光源 Ik G&  
— 高斯光束  ZR.k'  
 组件 0.GFg${v`  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 %L|fTndKH  
 探测器 T^bA O-d#  
— 视觉感知的仿真 Y\xEPh  
— 电磁场分布 F!z0N&#  
 建模/设计 *dBy<dIy  
— 场追迹: ;p`1Y<d-O  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 3i^X9[.  
XqH@3Ehk  
2. 系统说明 "~KDm(D  
6j E.X  
yR[6s#F/h  
3. 模拟 & 设计结果 0b&# w  
xJq|,":gj  
4. 总结 8NN+Z<  
z 4u&#.bU  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 S zo'[/ [R  
 F/Goq`  
第1步 }1a}pm2p  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 /ViY:-8s  
 A l[ZU  
第2步 A#U! KX  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 #~0Nk6*u  
A U~DbU0O  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 mxNd  
OVK )]- ~  
应用示例详细内容 *^>"  h@J  
g_>&R58  
系统参数 Kda'N$|`  
c3]t"TA,  
1. 该应用实例的内容 7FX4|]  
IZVP-  
j^G=9r[,  
2. 设计&仿真任务 \w9}O2lL  
]#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。 "Eh=@?]S_  
xAm tm"  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 @K;b7@4y  
O'4G'H)   
Pnytox  
4. 参数:SLM像素阵列 x&B&lFmo 8  
*s6 x  
{Jn0G;  
5. 参数:SLM像素阵列 Y RZ\nun  
-CPtYG[s  
;i@S}LwL  
应用示例详细内容 *'@O o  
LV}R 9f  
仿真&结果 U`v2Yw3E  
7q0_lEh  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ~aC ?M&  
 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)。 fWHvVyQ.  
 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。 ~yv7[`+Tgg  
!GOaBs  
2. VirtualLab的SLM模块 2 6#p,P  
@3`5(xwzm  
}*fBHzNN  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 sn"((BsO<  
 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。 .*zN@y3  
y2W+YV*  
3. SLM的光学功能 OG$n C  
, Ckcc  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 o.KnDY  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 #XQ/y}(  
 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。 5lsslE+:J  
zx@!8Z  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd !h? HfpYv  
eV7;#w<]  
 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。 $6Ma{rC|  
G'|ql5Zw  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd z'l$;9(y  
e=;A3S  
4. 对比:光栅的光学功能 1UP {j`-K|  
 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。 l7`{O/hN  
 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。 M CC4'  
 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)。 *\ii +f-  
 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。 CPB{eQeDuv  
 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。 F ~A $7  
8eqTA8$?  
A f'&, 1=q  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd k>&cHCS`*  
yaz6?,)  
5. 有间隔SLM的光学功能 Pe`mZCd^  
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。 N~/ 'EaO  
^ITF*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd @=kg K[t 9  
@a 9.s  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 %ap(=^|5  
IfmQP s+f  
_[rFnyC+0V  
6. 减少计算工作量 ?]><#[?'L  
/LFuf`bXV  
X>I3N?5  
采样要求: )N 3^r>(e<  
 至少1个点的间隔(每边)。 ] SJ#:7  
 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#!N8fQ  
O)jD2X?  
采样要求: * JK0X  
 同样,至少1个点的间隔。 |_?e.}K  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 ;JxL>K(  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 =p+n(C/  
AM+5_'S,  
 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。 )tG. 9"<  
 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。 ;6/WjUDw<|  
 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)。 1(p:dqGS  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 Q6m8N  
Pn!~U] A$%  
?R]`M_^&u!  
G&S2U=KdV%  
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
<vcU5 .K.  
7. 指定区域填充因子的仿真 [ar0{MPYd  
eN])qw{  
 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 V'9.l6l   
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 40?RiwwD  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 "pkdZ   
 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 <WP@q&^k\  
=~ Uhr6Q  
` <1Wf  
8. 总结
d,GOP_N8I  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 y#'hOSR2  
vAX(3  
第1步 F! =l r  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 vM/*S 6[  
1(DiV#epG  
第2步 L/"MRQ"  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 1<ag=D`F_"  
扩展阅读 zT>!xGTu7~  
扩展阅读 d?7?tL2  
 开始视频 %:aXEjm@  
-    光路图介绍 uHU@j(&c  
 该应用示例相关文件: t"$~o:U&)  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 uzdPA'u  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
:|;@FkQ  
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