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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) 2r<UYB  
!uy?]l  
应用示例简述 *ofK|r  
yUqvF6+26  
1. 系统细节 pu,/GBG_  
 光源 WUMx:a0!  
— 高斯光束 2j*\n|"}{  
 组件 zH}u9IR3`  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ;F"W6G  
 探测器 ,H[-.}OO  
— 视觉感知的仿真 DTI+VY .W^  
— 电磁场分布 E&jngxlN  
 建模/设计 dGr Ow)  
— 场追迹: +);o{wfW  
 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。 |C\g3N-  
45W:b/n\  
2. 系统说明 Yk6fr~b  
\bZbz/+D  
l3)(aay!  
3. 模拟 & 设计结果 HkGzyDt  
hnmFhJ !g  
4. 总结 G]=U=9ZI  
9Or3X/:o  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 :~{XL>:S  
{M$mrmG  
第1步 >/ECLP  
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。 w[n|Sauy,  
AW!|xA6'`:  
第2步 +g@@|&B  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 8~Rja  
XK{`x<  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 4ehajK  
KAO}*?  
应用示例详细内容 /px*v<Aw1  
kS[k*bN0  
系统参数 \Llrs-0 M  
b=Zg1SqV  
1. 该应用实例的内容 |bVNlL"xN  
plv"/KJM  
bv)E>%Yy  
2. 设计&仿真任务 Z"mpE+U*  
7E%ehM6Y  
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。 \#lh b  
+d2+w1o^V  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 <YUc?NF  
0/#XUX 4  
ghx8dX}  
4. 参数:SLM像素阵列 s@'};E^]@r  
Q4Hf!v]r  
f>;5ZE4Zu  
5. 参数:SLM像素阵列 Z=L' [6  
EN+WEMro  
mO?G[?*\  
应用示例详细内容 KQNSYI7a  
vpMNulXb,  
仿真&结果 (t&P. N/  
Z>7Oez>  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM \V7Hi\)  
 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)。 k&n7 _[]n  
 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。 k(3 s^B  
bsR^H5O@  
2. VirtualLab的SLM模块 'B8fc-n  
a`~$6 "v  
tPDV"Md#m<  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 W7O%.xP  
 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。 ahhVl=9/ao  
i5(_.1X<#{  
3. SLM的光学功能 +0^N#0)  
o{ f n}  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 WvAl!^{`  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 F'C]OMBE  
 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。 =3a`NO5!  
Y=vA ;BE]R  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ]W5s!T_  
2j=3i@  
 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。 !:c7I@  
WLDt5R  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd n?YGX W/  
$*G]6s  
4. 对比:光栅的光学功能 {>5z~OV  
 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。 TAi |]U!  
 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。 -+'{C =  
 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)。 S;Lqx5Cd  
 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。 kFw3'OZ,  
 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。 :>Z0Kb}7  
~N>[7I"*  
o5BOe1_Pw  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd '"GdO;}&  
.^,fw=T|1  
5. 有间隔SLM的光学功能 E-E+/.A  
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。 HqcXP2  
cd) <t8^KE  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ]m=* =LLC  
-x:Wp*,  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 DS=kSkW^&5  
wI#rAx7f-  
4w*F!E2H\}  
6. 减少计算工作量 R+]Fh4t  
<*8nv.PX*  
BXZ( %tnY  
采样要求: `w[0q?}"`  
 至少1个点的间隔(每边)。 i._d^lR\t  
 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。 sN5 x\9U  
qWw@6VvoQ  
采样要求: '+f!(teLz  
 同样,至少1个点的间隔。 {|%5}\%  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 [0m'a\YE9  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 G?<L{J2"Q  
Hu1w/PLq  
 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。 : b $ M  
 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。 e}(. u1  
 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)。 ?rk3oa-  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 9} eIidwK  
0b?9LFd  
E36<Wog  
dbB2/RI  
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。
AJC Wp4,  
7. 指定区域填充因子的仿真 ?mG ?N(t/h  
s ~(qO|d  
 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。 Pkc4=i,`A  
 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。 qW?^_  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 +\"@2mOH{+  
 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)。 @2YO_rL[  
o'>jO.|  
S4~^HvMG[Y  
8. 总结
4y>G6TD^  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 3j]La  
&XrF#s  
第1步 ;6fkG/T  
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。 C UlANd"  
ds5<4SLj  
第2步 l*B;/ >nR  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 IW6;ZDP  
扩展阅读 k(u W( 6  
扩展阅读 +&(sZFW5o  
 开始视频 *M"lUw#(f  
-    光路图介绍 2>ce(4Gky  
 该应用示例相关文件: C\$7C5/  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 "O9uz$  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
w2/%e$D!9  
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