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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 倒序阅读 楼主  发表于: 2023-03-29
    W4YC5ZH{l  
    应用示例简述 |]]fcJOBP  
    ?)PcYrV  
    1. 系统细节 [D?E\Nkk  
    光源 Y|lMa?\E  
    — 高斯光束 %Bo Jt-v  
     组件 XnG!T$  
    — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 n+i}>3'A  
     探测器 G![1+2p:Tq  
    — 视觉感知的仿真 g{a0,B/j  
    — 电磁场分布 @LmUCP~  
     建模/设计 >3Y&jsh<  
    — 场追迹: 0+H"$2/  
     一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 eX$Biv1N  
    F% |(pHk  
    2. 系统说明 (nzzX?`nY  
    HYY|) Wo  
    {M$8V~8D  
    3. 模拟 & 设计结果 oyd{}$71d  
    TUUBC%  
    4. 总结 lk'RWy"pw  
    oy |@m|J  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 P"#^i<ut@T  
    >pYgF =J  
    第1步 a&<<X:$Hy  
    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。 `<Ftn  
    NdZ: 7  
    第2步 c*W$wr  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 _1Eyqh`oh  
    5Tu.2.)N  
    产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 _\<M58/z  
    Ylf4q/-  
    应用示例详细内容 JSL 3.J  
    Mu%'cwp$  
    系统参数 ,s)H%  
    *Zvw&y*  
    1. 该应用实例的内容 <eI;Jph5  
    +1y#=iM{  
    ZA P+jX;  
    2. 设计&仿真任务 E5 dXu5+ye  
    6 qq7:  
    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。 ibq@0CR  
     96BMJE'  
    3. 参数:输入近乎平行的激光 /IC' R"V a  
    VuY.})+J:  
    Uwp +w  
    4. 参数:SLM像素阵列 (!b: gG  
    F~Li.qF  
    uu:)jxi  
    5. 参数:SLM像素阵列 Vh<`MS0X  
    s5pY)6)  
    2*M*<p=v  
    应用示例详细内容 A"'MRYT`  
    UdGoPzN  
    仿真&结果 A>?fbY2n  
    s*IfXv  
    1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM D)_Ei'+*l  
     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)。 U,=K_oBAq  
     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。 2 zy^(%a  
    Yx"z&J9 p  
    2. VirtualLab的SLM模块 qkIU>b,B  
    VC.?]'OqD  
    X=3@M_Jzo  
     为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 g|P hNo  
     必须设置所设计的SLM透射函数。 8syo_sC |  
    |(S W  
    3. SLM的光学功能 R+K[/AA  
    {OOt+U!  
     在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 ueR42J%s  
     为此,将区域填充因子设置为60%。 @I&"P:E0F;  
     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。 +[ItkfSod!  
    ;i9CQ0e ?  
    wLtTC4D  
    qo@dFKy  
    MjpJAV/84  
     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。 }]I?vyQ#V  
    $ZS9CkN  
    HhL%iy1  
    o$O,#^  
    L3AwL)I   
    4. 对比:光栅的光学功能  zjA/Z(  
     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。 q8Dwu3D  
     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。 V5B-S.i@  
     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)。 ^aXBt  
     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。 ZkW@|v  
     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。 { rT`*P~  
    U3}R^W~eb  
    K_QCYS.  
    |Z ,G  
    6<Z: Xw  
    5. 有间隔SLM的光学功能 WM"^#=+$  
    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。 5F"?]'*/  
    9#<Og>t2y  
    W[Bu&?h$  
    L2'd sOn  
    BuTIJb+Q\  
    下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 ` a>vPW  
    FE}!bKh  
    #ja`+w}  
    6. 减少计算工作量 Db(_T8sU  
    Jj:6 c  
    +ZKhmb!  
    采样要求: vC:b?0s#(  
     至少1个点的间隔(每边)。 It4z9Gh  
     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。 Hc]1mM  
    K//T}-Uub  
    采样要求: s.`d<(X?  
     同样,至少1个点的间隔。 |A0$XU{  
     假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 xXZKj  
     随填充因子的增大,采样迅速增加。 |QLX..  
    V=&,^qZ  
     为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 lGUV(D  
     如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 U@MP&sdL  
     如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 toqzS!&.v  
     通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 e({fY.)SGo  
    ex \W]5  
    {~fCqP.2  
    c1kxKxE  
    减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
    `8;,&<U'`  
    7. 指定区域填充因子的仿真 Reu{   
    y?n2`l7f  
     由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 PgLS\_B  
     全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 UZP6x2:=  
     因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ~9r!m5ws  
     在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 cEc,eq|  
    -I-Uh{)j  
    IzdTXc f  
    8. 总结
    xwnoZ&h  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 >:E* 7  
    ^Opy6Bqb  
    第1步 s;2/Nc   
    将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 .l+~)$  
    ?[VpN2*  
    第2步 V.ji _vX  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 W Gw!Y1wq  
    扩展阅读 kt{C7qpD  
    扩展阅读 _/}Hqh  
     开始视频 rEyz|k:  
    -    光路图介绍 6_<s=nTX  
     
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