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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) V#;6 <H"  
sidSY8j  
应用示例简述 .YquOCc(  
k;v2 3  
1. 系统细节 .@#i  
 光源 ag*RQ  
— 高斯光束 yBKkx@o#z  
 组件 ^7C?yC  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 cT abZc  
 探测器 0Zkb}F2-  
— 视觉感知的仿真 uX*H2"A  
— 电磁场分布 zR2'xE*  
 建模/设计 1<_i7.{k  
— 场追迹: `X8AM=  
 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。 3 }Z [d  
8M m,a  
2. 系统说明 Uv,_VS(  
$a(EF 6  
;+XiDEX0}  
3. 模拟 & 设计结果 {uEu ^6a5  
1bb~u/jU  
4. 总结 mc_`:I=  
@)mH"u!(7  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 uGl +"/uDu  
dxlaoyv:  
第1步 ,mH2S/<}S  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 mT\!LpX  
}YHoWYR  
第2步 ~JY<DW7  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 E!J;bX5  
/C29^P  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 j;eR9jI$T  
z8+3/jLN0B  
应用示例详细内容 5DKR1z:  
3e$&rpv  
系统参数 ;3NA,JA#Y  
eX$P k:  
1. 该应用实例的内容 -?n|kSHX  
z-nhL=  
jvn:W{'Q  
2. 设计&仿真任务 RS@*/.]o  
uNV (r"  
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。 }./__gJ  
T%K"^4k  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 DPI iGRw  
O$+J{@  
jI0gQ [  
4. 参数:SLM像素阵列 C#X|U2$  
3B95t-  
k0.|%0?K  
5. 参数:SLM像素阵列 hh`7b,+ 4  
n *|F=fl  
,dK<2XP  
应用示例详细内容 y)?Sn  
lCg'K(|"  
仿真&结果 ?cf9q@eAH  
Yd:8i JA  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM C0;c'4(  
 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)。 %{s<h6{R  
 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。 ) 2C`;\/:  
\'6hv>W@  
2. VirtualLab的SLM模块 !]7r>NS>  
DU#6%8~  
VqLqj$P  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 /qA\|'~  
 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。 k2muHKBlk  
37Vs9w  
3. SLM的光学功能 d4F3!*@(  
:Zl@4}  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 _M= \s>;G  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 a=\r~Z7E  
 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。 4v cUHa|4  
z/aZD\[_  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 5Og.:4  
 U=MFNp+  
 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\"X(  
v)>R)bzqe  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd w N9I )hB  
}2;~':Mklz  
4. 对比:光栅的光学功能 .4pWyqU)!  
 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。 lAz.I  
 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。 }8Tr M0q8  
 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)。 EE5I~k 5  
 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。 $+qJ#0OE$  
 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。 8C3oj  
I5PI;t+  
'v iF8?_  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 8V@ /h6-e,  
cLn&b}8'  
5. 有间隔SLM的光学功能 7<DlA>(oUX  
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。 ^c" wgRHc<  
M \rW  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 'Y{fah  
HM ;9%rtO  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 jh \L)a*  
&OD)e@Tc  
C;#vW FE  
6. 减少计算工作量 :clMO|  
Xl^=&!S>me  
j4>1a   
采样要求: 9T#d.c24  
 至少1个点的间隔(每边)。 #]pFE.o  
 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。 8TIc;'bRM  
WVlyR\.  
采样要求: uQgv ;jsPz  
 同样,至少1个点的间隔。 dq[X:3i  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 ousvsP%'  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 7xidBVx  
v?Q&06PMRc  
 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。 U {Xg#UN  
 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。 qELy'\  
 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)。 nS'hdeoW  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 CU'$JF  
<]#'6'  
G\4h4% a  
>DqV^%2l  
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
K1]m:Y<  
7. 指定区域填充因子的仿真 j}~3m$  
w4w[qxV>  
 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。 S{_i1'  
 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。 CPGiKE  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 I[u%k ir  
 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)。 J_) .Hd  
:(gZ\q">k  
8wJfG Y  
8. 总结
#_)<~  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ,kiyx h^  
{x$WBy9  
第1步 rbfP6t:c3  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 AP*Z0OFE  
b7&5>Q/ g  
第2步 6 2{(i'K  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 6Ap-J~4  
扩展阅读 {akSK  
扩展阅读 >S\D+1PV  
 开始视频 _Ec9g^I10  
-    光路图介绍 |Et8FR3[m  
 该应用示例相关文件: Se*o{V3s$  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 rt-^?2c?  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
-L=aZPW`M  
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