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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) ,w/mk$v  
ao" ;5 m  
应用示例简述 k4AE`[UE  
xP/1@6]_Je  
1. 系统细节 ':R3._tw\  
 光源 ?o(X0  
— 高斯光束 2p;}wYt  
 组件 R#Nd|f<  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 C=_-p"O#  
 探测器 !wb~A0m  
— 视觉感知的仿真 ^(m6g&$(  
— 电磁场分布 <iprPk  
 建模/设计 0*:hm%g  
— 场追迹: .lF\bA|  
 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。 UE#Ni 5  
lbuW*)  
2. 系统说明 IweK!,:>dN  
Q3O .<9S  
'St= izhd  
3. 模拟 & 设计结果  jnKM6%z  
3w:Z4]J  
4. 总结 L9YwOSb.  
v7OV;e a$  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 #M9D" <pn}  
,t&-`U]AX  
第1步 oY6|h3T=Q$  
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+c3KqM  
&MQt2aL  
第2步 1o8"==n%  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 K#sb"x`  
GuY5 % wr  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 -r'seb5  
f]A6Mx6  
应用示例详细内容 H|:)K^o  
NlEWm8u   
系统参数 <W%Z_d&Xv  
>h( rd1  
1. 该应用实例的内容 pfQZ|*>lkb  
?uX6X'-  
<J }9.k  
2. 设计&仿真任务 2hC$"Dfp  
c@#zjJhW]  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 -Fc#  
YB1DL ^ :  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 2CgIY89O  
2 Yd~v|  
"/Q(UV<d  
4. 参数:SLM像素阵列 V >uW|6  
4-rI4A<  
I_I;.Ik  
5. 参数:SLM像素阵列 2/4x]i H*  
g+r{>x  
u2O^3r G-  
应用示例详细内容 3v>,c>b([  
>upUY(3&  
仿真&结果 j~f 7WJ  
|b~g^4  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ~)IJE+e>}  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 G/3lX^Z>  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 L\b_,'I  
Jd2Y)  
2. VirtualLab的SLM模块 JU \J  
2OlC7X{  
PjZvLK@a9)  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 F8;4Oj  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 ;~$ $WU  
;U3Vows  
3. SLM的光学功能 78~V/L;@S2  
}e =GvWGa  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 f> [;|r@K  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 HFWm}vA:  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 c!wB'~MS#  
w/W?/1P>q  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 6@ ^`-N;  
H>X1(sh#}  
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 a(T4WDl^  
Y8'_5?+ 0  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 7:E#c"S q  
`2,_"9Z(  
4. 对比:光栅的光学功能 <U`Nb) &  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 'c(Y")QP  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 MJpTr5Vs  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 v$/i5kcWx  
 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。 b=\3N3OX  
 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。 <[l}^`IC^4  
Z*"t]L  
\1 D,Kx;Cb  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd  2_v+q  
,8 ?*U]}  
5. 有间隔SLM的光学功能 "dOY_@kg  
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。 Qh%vh ;|^  
>.~k?_Of  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd jt?%03iuk  
_!1c.[ \T  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 ;K-t  
O'U,|A  
W?Abx  
6. 减少计算工作量 9gayu<J  
tzJtd  
R! xc $`N  
采样要求: }kefrT  
 至少1个点的间隔(每边)。 98nLj9  
 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 Q[tz)99~  
W\Y 4%y}  
采样要求: b?L43t,  
 同样,至少1个点的间隔。 X]%4QIeS  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 w`f~Ht{wYR  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 R$`T"C"  
)@M|YM1+  
 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。 K%_JQ0`  
 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。 vjS7nR"T  
 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)。 vB4qJ{f  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 I65GUX#DV  
:$d3a"]  
<rxem(PPu  
e$I:[>  
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。
1&nrZG9  
7. 指定区域填充因子的仿真 KJZY.7  
@},k\Is  
 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。 J1MnkxJmpQ  
 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。 zxHfQ(  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 C,.{y`s'  
 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)。 Mt0|`=64  
!\v3bOi&  
n&&y\?n  
8. 总结
P~>nlm82]  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 .1M>KRSr,  
$yJfAR  
第1步 Vdyx74xX  
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。 "$9ZkADO  
]z NL+]1_  
第2步 Fd'L:A~  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 I !~Omr@P  
扩展阅读 1N*~\rV*?  
扩展阅读 <{j9|mt  
 开始视频 Yb*}2  
-    光路图介绍 "5bk82."  
 该应用示例相关文件: =B2=UF  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 L}nc'smvM  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
GV/FK{v5  
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