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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) +DG-MM%\  
 aGOS 9  
应用示例简述 G4U0|^(h  
u/<ZGW(&s(  
1. 系统细节 M]|]b-#  
 光源  ,)uW`7  
— 高斯光束 7+8 8o:G9  
 组件 ?V}ub>J/=  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 %"cOX  
 探测器  &.(iS  
— 视觉感知的仿真 a"i(.(9$J  
— 电磁场分布 g&S> Wq%L  
 建模/设计 @3y >|5 Y  
— 场追迹: d U*$V7  
 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。 Nd]RbX  
(t){o> l  
2. 系统说明 ;HBKOe_3  
S|xwYaoy%  
15VvZ![$V  
3. 模拟 & 设计结果 Yecdw'BW?  
]#[4eaCg  
4. 总结 ,{\Ae"{6  
'4 It>50b  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ^62z\Y  
>0[:uu,'>  
第1步 7NT0]j(w-  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 3-E-\5I  
KWeE!f 7G  
第2步 AFM+`{Cq  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 IhBQ1,&J  
{0lu>?<  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 :ssj7wl :  
U.V/JbXX  
应用示例详细内容 n&o"RE 0~0  
m,"-/)  
系统参数 N p*T[J  
H)h^|A/vO  
1. 该应用实例的内容 |Xm$O1Wa  
;&gk)w6*  
; w+  
2. 设计&仿真任务 ]%I\FefT  
R!%HQA1U  
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 q]E@tE*3  
`mW~{)x  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 ~NPhVlT  
ev0>j4Q  
}ng?Ar[  
4. 参数:SLM像素阵列 WUjRnzVM  
pEz^z9  
Xn?.Od(  
5. 参数:SLM像素阵列 #AP;GoIf"j  
_;0RW  
n_rpT .[  
应用示例详细内容 PH&Qw2(Sx  
2z" <m2 a  
仿真&结果 O9-`e  
$j(d`@.DN~  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM [3qH? 2&  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 h_ccE 6]t  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 (J.Z+s$:2  
 *U6+b  
2. VirtualLab的SLM模块 oK-d58 sM  
?<BI)[B  
wkPjMmW+!  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 XN6$TNsD$  
 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。 f8SO:ihXL  
]" e'z  
3. SLM的光学功能 :!Dm,PP%  
L C##em=Y  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 &]LpGl  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 x7<NaMK\  
 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。 ]T|$nwQ  
]Jm\k'u[  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd R) :Xs .  
/*>}y$  
 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。 [<{r~YFjWW  
@[?ZwzY:9  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd :j .:t  
M*qE)dZjS  
4. 对比:光栅的光学功能 ~]RfOpq^w  
 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。 J5F@<vi  
 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。 5@r6'Z  
 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)。 C|Y[T{g?t  
 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。 ^X+qut+~  
 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。 )`{m |\b  
i!8"T#  
A D<>)(  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd yQ[;.<%v  
gED|2%BXb  
5. 有间隔SLM的光学功能 (yi zM  
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。 2Sa{=x N)  
0&fO)de96  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd o6;  
{DKZ ~  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 fNu/>pN  
h%$^s0w  
zj] g^c;  
6. 减少计算工作量 Q:Pp'[ RK  
w' J`$=  
_0gdt4  
采样要求: d>mZY66P  
 至少1个点的间隔(每边)。 - EGZ  
 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。 ](Wa:U}Xs  
YaSBIq{z  
采样要求: S'qT+pP  
 同样,至少1个点的间隔。 _V1:'T8  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 PKntz7  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 6lg]5d2CD  
_*?qOmf=  
 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。 1hCU"|VH:  
 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。 csLbzDg  
 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)。 HBvyX`-  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 w.aEc}@(^  
gsEcvkj*  
&dWGa+e  
*_YR*e0^nN  
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。
)P b$  
7. 指定区域填充因子的仿真 hZ>m:es  
*A8*FX>\F  
 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。 W/,:-R&'>  
 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。 {_*G"A 9  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 0\Jeyb2dl  
 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)。 i~v[3e9y7  
,9jk<)m]L  
@{fwM;me]P  
8. 总结
'{.4~:  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 R\&z3<-S  
U7jDm>I  
第1步 L>1y[ 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。 gI2'[OU  
^?(#%~NS  
第2步 wE=I3E%  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [sk n9$  
扩展阅读 F5YoEWS  
扩展阅读 u&S0  
 开始视频 8'zl\:@N  
-    光路图介绍 /ivVqOo  
 该应用示例相关文件: ak_y:O|  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 >0ZG&W9  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
'a JE+  
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