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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) N(-%"#M$  
nUud?F^_  
应用示例简述 3]`qnSYBv  
!qXq y}?w  
1. 系统细节 k[ffs}  
 光源 _X%6+0M  
— 高斯光束 Fm$n@R bX  
 组件 =*:[(Py1  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 /ik)4]>  
 探测器 <Xs @ \  
— 视觉感知的仿真 h`EH~W0:z  
— 电磁场分布 9(^X2L&Z  
 建模/设计 eW"x%|/Q7  
— 场追迹: R!/,E  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 &Qq/Xi,bZ  
Ife,h s  
2. 系统说明 Nx4DC  
X[~f:E[1J  
1!;"bHpk  
3. 模拟 & 设计结果 ZaRr2Z:!  
7:VEM;[d  
4. 总结 ;H y!0n  
qN1e{T8u  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 GwMUIevO_  
XU;{28P  
第1步 nXM9Px!  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。  g`)/x\  
KtfkE\KP  
第2步 !8  wid&  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 e<L 9k}c  
'TK$ndy;7}  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 t7*G91Hoq&  
2w x[D  
应用示例详细内容 cy&  
c69U1  
系统参数 NWQPOq#  
]xJ'oBhy  
1. 该应用实例的内容 h=v[i!U-eY  
w>z8c3Dq}  
nj~$%vmA  
2. 设计&仿真任务 iJCY /*C}  
(b`4&sQ<  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 f\x@ C)E  
K)9j je  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 F;d%@E_Bc  
fw:7Q7 qo  
HC9vc,Fp  
4. 参数:SLM像素阵列 lnS\5J  
 r21?c|IP  
|iwM9oO%  
5. 参数:SLM像素阵列 @H3s2|  
fw1;i  
xP{HjONu  
应用示例详细内容 S|{Yvyp  
7GBZA=J  
仿真&结果 tf$PaA  
H7z>S G0  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM .^[fG59  
 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)。 Pg*?[^*  
 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。 3D?IG\3  
Zzw}sZ?8  
2. VirtualLab的SLM模块 4DQ07w  
a<57(Sf  
QoW ( tM  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 7X9+Qj;  
 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。 g( ]b\rj  
\yJZvhUk  
3. SLM的光学功能 wE,=%?"  
RlI W&y  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 'WKu0Yi^'  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 2|0Je^$|  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 ;-3h~k  
wo7N7R5  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd N<L$gw+)$D  
V9+xL 1U#  
 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。 } D/+<  
yM(_P0  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd &#.x)>f  
\S=XIf  
4. 对比:光栅的光学功能 a-T*'F  
 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。 5z9r S<  
 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。 ]iz_w`I\  
 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)。 jGk7=}nw  
 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。 fap|SMGt  
 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。 K?h[.`}  
i;[h 9=\/  
>VRo|o<D  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ]uBT &  
$Qn& jI38  
5. 有间隔SLM的光学功能 96.IuwL*.s  
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>wzkJ  
89*S? C1  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd K:}h\ In  
lSZ"y Q+  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 +O|_P`HBoI  
XoDJzrL#  
+ 6x"trC  
6. 减少计算工作量 S[-.tvI;Q  
[TRGIGtq  
=1gDjF9|  
采样要求: UlK/x"JDv  
 至少1个点的间隔(每边)。 xT{TVHdU  
 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。 DWF >b  
G[|3^O>P  
采样要求: %3]3r*e&5  
 同样,至少1个点的间隔。 Tx y]"_  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 (P2[5d|  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 rER~P\-  
y\[L?Rmd  
 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。 vg+r?4Q3  
 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。 NY~ dM\  
 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)。 !Bag}|#  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 zSEr4^Dk4  
bq:wEMM4s  
5\uNEs$T  
9U!JK3d  
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
^bF}_CSE  
7. 指定区域填充因子的仿真 5?^]1P_  
u=(H#o<#  
 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 6o$Z0mG  
 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。 %0NLRfp  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 =fY lzZh  
 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)。 8r2XGR  
jIKBgsiF/  
^/G?QR  
8. 总结
|c<XSX?ir  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 7^c2e*S  
RI?NB6U  
第1步 J09*v )L  
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。 g* %bzfk=|  
}%_qx|(P|t  
第2步 >r~0SMQr  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 rU],J!LF  
扩展阅读 7}gA0fP9  
扩展阅读 55LgBD  
 开始视频 TLy ;4R2Nn  
-    光路图介绍 N[>:@h  
 该应用示例相关文件: yU> T8oFh  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 yxqTm%?y  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
,&0Z]*  
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