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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) ^#+9v  
J#\/znT  
应用示例简述 /9sUp} *  
[30e>bSf`  
1. 系统细节 7r>^_aW  
 光源 a.P^+h  
— 高斯光束 <iMLM<J<w  
 组件 1*Z}M%  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 QeGU]WU{  
 探测器 /)~M cP3  
— 视觉感知的仿真 \>+gZc]an  
— 电磁场分布 =3FXU{"Qi4  
 建模/设计 2l9_$evK~  
— 场追迹: p?Y1^/   
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 TWy1)30x  
YPN|qn(  
2. 系统说明 S5j#&i  
aD.A +es  
yY}`G-)g~*  
3. 模拟 & 设计结果 #p^D([k \  
k vb"n}  
4. 总结 p0Vw@R=  
#]9yzyb_y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 9vXrC_W9  
, =#'?>Kq  
第1步 lm$T`:c  
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。 co: W!  
|KuH2, n0  
第2步 5'X.Z:  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ]1X];x&e  
<|v]9`'  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 &TKB8vx=#  
W )\~T:Kn  
应用示例详细内容 +ft?aB@  
J:t1W=lJ3  
系统参数 -q[?,h  
%N2=:;f  
1. 该应用实例的内容 Y #KgaZ7N  
a4c~ThbI  
C/)Xd^#  
2. 设计&仿真任务 DEs/?JZG  
(%tKGeb  
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。 K?) &8S  
Q~nc:eWD  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 8xLvpgcZ  
*f1MgP*GKF  
8!1vsEqv  
4. 参数:SLM像素阵列 fxjs"rD5  
L\pe  
 IS!sJc  
5. 参数:SLM像素阵列 /aP`|&G,)  
4~D?F'o  
/mmC qP  
应用示例详细内容 /.P*%'g  
S_WYU&8  
仿真&结果 9|fg\C  
3s" Rv@  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM IF<pT)  
 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)。 UE5T%zd/  
 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。 @a+1Ri`)  
&;|/I`+  
2. VirtualLab的SLM模块 _dj_+<Y?  
LNtBYdB`pK  
(]1n!  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 Y$shn]~  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 Bi9 S1 p  
) m[0,  
3. SLM的光学功能 YP/BX52 v  
>2TDYB|;  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 2/3,%5j_  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 uPhFBD7  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 abp]qvCV  
@h$cHZ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd xx_]e4  
o[X 'We;  
 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。 j@ lHgis  
e<#t]V  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd unKi)v1  
[2:Q.Zj  
4. 对比:光栅的光学功能 F|Pf-.r`t  
 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。 *F[@lY\p  
 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。 -A^18r  
 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)。 @lRTp  
 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。 [> Q+=(l  
 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。 $hXhq*5|c  
{26/SY  
E<y0;l?H<  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd BIqZg$  
G(" S6u  
5. 有间隔SLM的光学功能 yY+)IU.  
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。 ?RNm8,M  
-PPH]?],  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 2iO AUo+  
Q]?r&%Y  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 ,T& =*q  
GG<{n$h  
TrD2:N}dI  
6. 减少计算工作量 Myaj81  
dY[ XNP  
Y>W$n9d&G2  
采样要求: >zx]% W  
 至少1个点的间隔(每边)。 qz[qjGdHg  
 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。 >U .  
2^RWGCEv  
采样要求: >ka*-8?  
 同样,至少1个点的间隔。 4IfOvAN%  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 A@M%}h  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 J'{69<`Dl  
!D#wSeJ  
 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。 `TwDR6&  
 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。 ?'SHt9b3|  
 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)。 =)QtE|p,77  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。  =ie8{j2:  
g2)jd[GM  
z 3((L  
IY_u|7d  
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。
_7e ^ t N  
7. 指定区域填充因子的仿真 *XN|ZGl/  
&ed&2t`Y  
 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。 ^hL?.xj  
 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。 =T7lv%u  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 vl}fC@%WRI  
 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)。 /1D]\k()  
Yvmo%.oU  
XL=Y~7b  
8. 总结
e8E*Urtz  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Qk`ykTS!  
Hg[g{A_G[  
第1步 JdYmUM|K/c  
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。 ={'*C7K)oK  
$4YyZ!_.@  
第2步 ^v2-"mX<  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 VKGH+j[  
扩展阅读 Xgb ~ED]  
扩展阅读 KH=4A-e,0  
 开始视频 J]h$4"  
-    光路图介绍 Uw`YlUT\  
 该应用示例相关文件: /kZ{+4M  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 >{ /As][  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
3$ 'eDa[  
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