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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) eQMY3/#  
d~qDQ6!  
应用示例简述 p`Ax)L\f  
O%rjY  
1. 系统细节 @*F NWT6  
 光源 [IiwpC  
— 高斯光束 ni9/7  
 组件 ~~>D=~B0'  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 `2 {x 8A  
 探测器 ny{|{ a  
— 视觉感知的仿真 >i=mw5`D]  
— 电磁场分布 D(yRI  
 建模/设计 f\1)BZ'I  
— 场追迹: ao Y "uT+  
 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。 0&Zm3(}  
"`16-g97  
2. 系统说明 _8kZ>w(L  
&d=j_9   
![ Fb~Egc  
3. 模拟 & 设计结果 gaVWfG  
9=Y-w s  
4. 总结 k/cQJz  
mI@]{K}Q%  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 @"];\E$sI  
;ZB[g78%R%  
第1步 UP^{'eh  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 v 6Tz7  
:4/RB%)"  
第2步 rD fUTfv|Q  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,SH))%Cyt  
a//<S?d$:  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 )y_MI r  
Z_Hc":4i  
应用示例详细内容 fC52nK&T8  
t*~V]wZ  
系统参数 qf7 lQovK  
pvD\E  
1. 该应用实例的内容 &+Xj%x.]  
ma,H<0R  
"}Vow^vb  
2. 设计&仿真任务 rOEk%kJ  
|-%[Z  
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。 z`y!C3w<  
7NE"+EP\{2  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 a)/!ifJ;  
0ERA(=w5  
~A(fn:d  
4. 参数:SLM像素阵列 l`4hWs\I  
@))PpE`co8  
Gk g)\ 3  
5. 参数:SLM像素阵列 :>c33X}  
ZkSlztL)Tr  
:= C-P7  
应用示例详细内容 ,C1}gPQ6<  
1/:WA:]1 ,  
仿真&结果 JmjqA Dex  
.Cwg l  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM +`>Tuz~  
 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)。 j}ywdP`a  
 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。 hRHqG  
7VduewKX8  
2. VirtualLab的SLM模块 7j| ^ZuI+  
Qyx%:PE  
<F{EZ Ii  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 " N>~]  
 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。 Zn0e#n  
Fuq ;4UcbL  
3. SLM的光学功能 ;89 `!V O  
 Wa7-N4  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 +"Flu.+['  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 E">FH >8K}  
 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。 ? Dm={S6  
\"Jgs.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd P'MfuTtT&  
%? -E)n[  
 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。 cNOtfn6?F  
pY]T3 2  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd &m[ZpJ9  
BQTZt'p  
4. 对比:光栅的光学功能 3Z/_}5%"  
 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。 2t 7':X  
 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。 ZEa31[@B[  
 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)。 pDqX% $^  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 wr>[Eo@%\  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 PgHe;^?j  
GWd71ZtFO  
1seWR"  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 5 XtIVHA@{  
%x{jmZ$}  
5. 有间隔SLM的光学功能 ,Y9bXC8+dU  
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。 ~i_YrTp  
-4wr)zjfW  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd [QUaC3l)  
Kcl~cIh77  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 AwnQ5-IR\  
PzF>yG[  
gi {rqM  
6. 减少计算工作量 u-</G-y  
vo (riHH  
=)b!M^=X-a  
采样要求: (:er~Y}  
 至少1个点的间隔(每边)。 (E(J}r~E  
 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。 D *=.;Rq  
<8)cr0~zy>  
采样要求: -A]-o  
 同样,至少1个点的间隔。  GY`mF1b  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 xQUskjv/  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 (>49SOu;$\  
>G9YYt~  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 _p*a`,tK  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 3ch<a0  
 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 VEsIhjQ  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 ?i{/iH~Sf  
<S ae:m4  
m+|yk.md  
v_|k:l  
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
NI  r"i2  
7. 指定区域填充因子的仿真 g{6FpuA|0  
l"zwH  
 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 /6 y9 u}  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 '2z1$zst,#  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ]Z IreI  
 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)。 *3iEO>  
icK>|   
'vwu^u?  
8. 总结
rSa=NpFxLu  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 c/lT S  
P(%^J6[>  
第1步 x?7z15\  
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。 CSwPL>tUV  
HT:V;?"  
第2步 -{XDQ{z<%  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ;RK;kdZ  
扩展阅读 %63s(ekU  
扩展阅读 v#|yr<  
 开始视频 :u]QEZ@@  
-    光路图介绍 Hk f<.U  
 该应用示例相关文件: CzDV^Iv;Q{  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 _]v@Dq VP  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
QXu[<V  
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