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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) WP5QA8`3  
(T9Q6 \sa  
应用示例简述 5vmc'Om  
]+ KN9  
1. 系统细节 U{JD\G 8m  
 光源 ]27  
— 高斯光束 P5K=S.g  
 组件 cUH. ^_a  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 :< d.  
 探测器 w!j'k|b>  
— 视觉感知的仿真 S <RbC  
— 电磁场分布 n`Y"b&  
 建模/设计 ?^Q8#Y^M  
— 场追迹: V4 `  
 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。 X9-WU\?UC  
bih%hqny  
2. 系统说明 e2><Y<  
;J>upI   
,l47;@kr  
3. 模拟 & 设计结果 )-s9CWJv  
Z0'&@P$  
4. 总结 mM$|cge"  
sP'U9l  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 rsaN<6#_^Q  
+v.<Fw2k#  
第1步 q^w@l   
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 %4QpDt  
{O=PVW2S  
第2步 KL<,avC/  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 {M^BY,%*  
BI|TM2oa  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 cSD$I^$oq  
+7KRoF|  
应用示例详细内容 `w_%HVw>"  
;xl0J*r  
系统参数 Pxvf"SXX  
0#S#v2r5  
1. 该应用实例的内容 @dyh: 2!  
KPrH1 [VU  
Tpd|+60g  
2. 设计&仿真任务 A`:a T{j  
rk-GQ#SKU  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 "}x%5/(  
!kS/Ei  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 jcbq#  
~+)>D7  
9Wv}g"KY0  
4. 参数:SLM像素阵列 @GWJq 3e  
^~;"$=Wf  
`k6ZAOQtX  
5. 参数:SLM像素阵列 <Ej`zGhWz  
mt]^d;E  
RKPX*(i~  
应用示例详细内容 4nrn Npf`b  
|->C I  
仿真&结果 T I|h  
L|L;<  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM P~M[i9 V  
 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)。 K3iQ/j~aq  
 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。 E/zclD5S  
P1R5}i  
2. VirtualLab的SLM模块 .JOZ2QWm<  
jU-aa+  
PIAE6,*  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 !QpOrg  
 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。 x"n++j  
O7CW#F  
3. SLM的光学功能 ?rjB9AC_;t  
\(RD5@=!4#  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 "x vizvR  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 3RanAT.nu:  
 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。 h*R w^5,c  
S:XsO9:{  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ,5x#o  
`{|w*)mD  
 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。 U.5R3z  
;: &|DN3;  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 2]<.m]  
yM`u]p1  
4. 对比:光栅的光学功能 *NG\3%}%|@  
 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。 4BSqL!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。 aL_/2/@X8  
 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)。 m8;w7S7,j~  
 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。 R*!s'R  
 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。 J&s$Wqf  
3%bhW9H%  
0QT:@v2R  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 7FJ4;HLQ  
2l O(f+  
5. 有间隔SLM的光学功能 3C<G8*4);/  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 Ix6\5}.c9  
vc&v+5Y  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd Scx!h.\5  
p<{P#?4 g  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 5 ty2e`~K  
@lF?+/=$  
bY2R/FNL=  
6. 减少计算工作量  0U@#&pUc  
/wLGf]0  
5h&sdzfG  
采样要求: = V2Rq(jH  
 至少1个点的间隔(每边)。 |~e"i<G#  
 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。 0-S.G38{  
CYLab5A  
采样要求: *{vH9TO  
 同样,至少1个点的间隔。 C[<}eD4bV  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 (<r)xkn  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 *: @KpYWx"  
V!+iq*Z|=  
 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。 D[/fs`XES  
 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。 7h}gIm7e"  
 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)。 TvDSs])  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 x*7A33@i  
XnZ$ %?$  
Dj(PH3^  
~^1y(-cw  
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。
S-S%IdL  
7. 指定区域填充因子的仿真 =G:Krc8w@  
o>r P\  
 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。 F<,pAxl~@  
 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。 b!]O]dk#  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 N l@G\_  
 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)。 hn8xs5vN  
'#f<wf n  
o1ZVEvp  
8. 总结
Wlhh0uy  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 zWC| Qe  
~#sD2b` 0  
第1步 yjjq&Cn  
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。 [[ ie  
4=^_VDlpd  
第2步 ipwlP|UjQ5  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 rtuaU=U  
扩展阅读 ?}KRAtJ8  
扩展阅读 o pTXI*QA  
 开始视频 i//H5D3  
-    光路图介绍 eA4D.7HDK  
 该应用示例相关文件: |Mb{0mKb  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 y!=,u  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
msmW2Zc  
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