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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) zz ^2/l  
iz'#K?PF_  
应用示例简述 5#~ARk*?a  
Wsb=SM7;  
1. 系统细节 $y !k)"k  
 光源 JTcK\t8  
— 高斯光束 pdnkHR$  
 组件 9*!C|gC9Ia  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 8l|v#^v  
 探测器 ;IhkGPpWP  
— 视觉感知的仿真 ZN)a}\]  
— 电磁场分布 <y${Pkrj  
 建模/设计 9moenkL  
— 场追迹: *&X.  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 &gc8"B@V  
{e,m<mAi  
2. 系统说明 w7Nb+/,sg  
ZoJ:4uo N`  
-a`EL]NX  
3. 模拟 & 设计结果 YQ>P{I%J  
#pJ^w>YNy  
4. 总结 k[oU}~*U+  
#84pRU~  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 zuOx@T^  
Tfc5R;Rw  
第1步 }?B=R#5  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 T:Dp+m!\{  
%-@`|  
第2步 /#J)EH4p  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 gx&BzODPd0  
w5"C<5^  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 3=xb%Upw  
F,#)8>O  
应用示例详细内容 hvu>P {  
8;7Y}c  
系统参数 -ecP@,  
5,!,mor$]  
1. 该应用实例的内容 U6qv8*~  
-X(%K6{  
Fz7(Kuc  
2. 设计&仿真任务 7G}vQO  
:u#Ls,OZz  
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。 ;J pdnV  
VAf~,T]Ww  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 "|pNS)  
~uRG~,{rH  
K^AX=B  
4. 参数:SLM像素阵列 dwks"5l  
D"fE )@Q@Y  
}NPF]P;  
5. 参数:SLM像素阵列 W#|]m=2W  
QLo^6S5!  
?iG}Qj@5  
应用示例详细内容 V%&t'H{  
}AG$E}~/  
仿真&结果 Y4`MgP8t  
C,C%1  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM MrjET!`.jC  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 W;*rSK|(Sc  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 J=>?D@K  
qWe1`.o  
2. VirtualLab的SLM模块 l(9$s4R  
v'*Q[ ('  
^ pMjii8IZ  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 phSF. WC  
 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。 !_s|h@  
4*OL^ \%  
3. SLM的光学功能 (+>~6SE  
hb9X<N+p  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 u3kK!2cdP  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 zLXmjrC  
 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。 ';??0M  
ME~ga,|K  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd `(1em%}  
~c[} %Ir>  
 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。 tA$,4B?  
NAhV8  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd "xZ]i)  
c\UVMyE  
4. 对比:光栅的光学功能 VE^NSk Oa&  
 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。 ?*E Y~'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。 hN c;, 13  
 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)。 !zL 1XW)q  
 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。 8rXq-V_u  
 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。 c&)H   
Y5=~>*e  
aGNVqS%y  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Pca~V>Hd  
WKX5Dl  
5. 有间隔SLM的光学功能 F1R91V|  
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。 $-"AMZ899  
[y}/QPR  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd QRdNi 1&M  
 O/gok+K  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 M$-4.+G  
KSVIX!EsX  
rui}a=rs  
6. 减少计算工作量 ~w Dmt  
f2_LfbvH  
z=!$3E ecr  
采样要求: [V{JuG;s  
 至少1个点的间隔(每边)。 u_@%}zo?5*  
 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。 w>; :mf  
n=r}jRH1  
采样要求: YS?P A#  
 同样,至少1个点的间隔。 0{ v?  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 Di9yd  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 2iI"|k9M  
cGkl=-oQ'  
 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。 l}335;(  
 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。 +^gh3Y  
 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)。 T;GBZR%  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 JwB:NqB  
zJI/j _~W  
)&+_T+\  
o}v # Df  
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。
"+_]N9%)  
7. 指定区域填充因子的仿真 GWjKZ1p  
8jqt=}b  
 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。 ,M7sOp6}  
 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。 #1hT#YN  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 'nP'MA9b;a  
 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)。 7zr\AgV9  
.`Z{ptt>  
>1pD'UZIy7  
8. 总结
34YYw@?}Y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <Ml,H%F  
n8[sR;r5f  
第1步 Rt7}e09HV  
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。 R|V<2  
}K~JM1(26  
第2步 @E O #Ms  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 GOJi/R.{  
扩展阅读 Vnh +2XiK  
扩展阅读 T 6QnCmB4  
 开始视频 P(X#w  
-    光路图介绍 oge^2  
 该应用示例相关文件: k%hD<_:p  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 JsnavI6  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
vR,HCI  
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