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    [技术]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

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    只看楼主 正序阅读 楼主  发表于: 2023-03-29
    xF:poi  
    应用示例简述 ~Hs]}Xo  
    Ot:\h  
    1. 系统细节 @8 yE(  
    光源 7 +W?Qo  
    — 高斯光束 /x"pj3  
     组件 }'M1(W  
    — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 e|+;j}^C  
     探测器 \~1zAiSd>#  
    — 视觉感知的仿真 c75vAKZ2  
    — 电磁场分布 >p+gx,N  
     建模/设计 *R~(:z>>  
    — 场追迹: |LGNoP}SA  
     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。 G cLp"  
    ez<wEt S  
    2. 系统说明 aPP<W|Cmo2  
    ~uD;_Y=u)r  
    g>oYEFFJ  
    3. 模拟 & 设计结果 pQ2)M8 gf  
    T4, Zc  
    4. 总结 ?lw[  
    'C?f"P:X{  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 $@f3=NJ4k  
    d/99!+r  
    第1步 p<nBS" /  
    将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 m$UT4,Ol  
    v'~nABYH  
    第2步 8`*9jr  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 0tL/:zID  
    h.+&=s!Nsy  
    产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 _e@qv;*  
    wyhf:!-I  
    应用示例详细内容 l8d%hQVqT  
    .aH?H]^  
    系统参数 qQR YHo>/e  
    f*&JfP  
    1. 该应用实例的内容 _G*x:<  
    g~["O!K3  
    e/#&5ISk  
    2. 设计&仿真任务 .A[.?7g  
    K#+]  
    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。 cj_?*  
    Q7aDl8Lxn  
    3. 参数:输入近乎平行的激光 z4`n%~w1b  
    `; %aQR  
    8BH)jna`Qo  
    4. 参数:SLM像素阵列 MifgRUe  
    ik NFW*p  
    a7d-  
    5. 参数:SLM像素阵列 `Qk R  
    MAo,PiYb  
    |.8=gS5  
    应用示例详细内容 !3v"7l{LF  
    OQ*. ho  
    仿真&结果 10a*7 L  
    2EcYO$R!  
    1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM '\YhRU  
     由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 aJ_Eh(cF  
     内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 JNg5?V;.U  
    VCtiZ4  
    2. VirtualLab的SLM模块  M!DoR6  
    utS M x(  
    SF=|++b1f  
     为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 5j 01Mx A  
     必须设置所设计的SLM透射函数。 M#2U'jy  
    g]Ny?61  
    3. SLM的光学功能 hQx e0Pdt  
    gUtbCqDS  
     在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 rAdcMFW  
     为此,将区域填充因子设置为60%。 K'/x9.'%  
     首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 `IQC\DSl/  
    m D q,,  
    | N,nt@~  
    XdVC>6  
    sjkl? _  
     此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 P[oB'  
    3A1kH` X^q  
    e(5R8ud  
    PS]X Lz  
    <W^~Y31:0  
    4. 对比:光栅的光学功能 uCr  
     上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 \Rt  
     所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 UzwIV{  
     通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 IT33E%G  
     级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 tR/ JY;jn  
     这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 n_2 LkW<?  
    #!@ ]%4  
    ~WLsqP5Y~a  
    #Og_q$})f  
    sB!A:  
    5. 有间隔SLM的光学功能 Q :|E  
    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。 |(g2fByDf  
    Bqgw%_  
    cIkLdh   
    UG$i5PV%i  
    ]F#kM211  
    下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 ~epkRO="  
    @L7rE)AU.  
    PrxXL/6  
    6. 减少计算工作量 %LmB`DqZ  
    `8Ix&d3F  
    4B(qVf&M  
    采样要求: jqmP^ZS  
     至少1个点的间隔(每边)。 @) wXP@7  
     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。 A;PV,2|X  
    LYv2ll`XP  
    采样要求: 5=e@yIr'#  
     同样,至少1个点的间隔。 0\A[a4crj  
     假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 hNfL /^w  
     随填充因子的增大,采样迅速增加。 Hu.d^@V  
    Ok\UIi~  
     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。 Yr@@ty  
     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。 S8t9Ms: k  
     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)。 J{I?t~u  
     通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 #,C{?0!  
    F"I@=R-n  
    -K4RQ{=>UZ  
    1+zax*gO-  
    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。
    S5M t?v|K  
    7. 指定区域填充因子的仿真 XZJx3!~fm  
    NU"X*g-x^  
     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。 K[Kc'6G  
     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。 ?:c hAN@  
     因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 oizoKwp%  
     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)。 w}?\Q,  
    jkd8M;Jw  
    E.brQx#}  
    8. 总结
    ygG9ht  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ~-x\E#(  
    ) Lv{  
    第1步 UlR7_   
    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。 (;0]V+-  
    NaIVKo  
    第2步 +=v|kd  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ?/D#ql7  
    扩展阅读 2*N# %ZUX  
    扩展阅读 TDFv\y}yc  
     开始视频 _GS2&|7`  
    -    光路图介绍 dx#N)?  
     
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