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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: 2024-11-11
    空间光调制器(SLM.0002 v1.1) zzX9Q:  
    (y2P."  
    应用示例简述 E{'\(6z_  
    lH>6;sE  
    1. 系统细节 nyPW6VQ0n  
    光源 9|>5;Ej  
    — 高斯光束 Kxsj_^&|i  
     组件 `^DP<&{  
    — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 DE$T1pFV  
     探测器 U,,rB(  
    — 视觉感知的仿真 A~'p~ @L  
    — 电磁场分布 0Pg@%>yb~  
     建模/设计 <##aD3)  
    — 场追迹: d)v!U+-|'  
     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。 SXmh@a"*\  
    9~}8?kPNw=  
    2. 系统说明 %&4\'lE  
    Ap`D{u/  
    HjX)5@"o(  
    3. 模拟 & 设计结果 4cAx9bqA  
    =5M '+>  
    4. 总结 $)7Af6xD  
    ~#iAW@  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 \LDcIK=  
    _B\X&!G.  
    第1步 #EO],!JM  
    将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 s *<T5Z  
    =L}$#Y8?  
    第2步 MZSyu  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 7x`4P|Uu  
    f{#Mc  
    产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 5$ rV0X,O  
    f2{qj5 K  
    应用示例详细内容 Jv:|J DZ'  
    r A9Rz^;xa  
    系统参数 qAuq2pHA+d  
     SwmX_F#_  
    1. 该应用实例的内容 aB4L$M8x  
    2pAshw1G  
    axd9b,  
    2. 设计&仿真任务 K.\-  
    & /lmg!6  
    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。 bl;v^HR0)  
    \E EU G^T  
    3. 参数:输入近乎平行的激光 8\8%FSrc  
    `jCq`-.  
    )1]LoEdm`  
    4. 参数:SLM像素阵列 2&U<Wiu\}  
    TWTRMc;z+  
    nB86oQ/S  
    5. 参数:SLM像素阵列 Hxd ^oE  
    \( xQ'AQ-  
    .#ATI<t  
    应用示例详细内容 ^b(> Bg )T  
    &8 4Izs/[  
    仿真&结果 -X#qW"92q  
    Dv+:d4|"  
    1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM l ~ /y  
     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]FKY  
     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。 2E}^'o  
    =6+j Po{F  
    2. VirtualLab的SLM模块 +l_$}UN  
    9 TW  
    %uhhQ<zs%  
     为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ' k[gxk|d2  
     必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 WWYG>C[  
    nzORG  
    3. SLM的光学功能 Z'z~40Bda  
    _d/ZaCx'i  
     在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 hTbot^/  
     为此,将区域填充因子设置为60%。 k~b8=$  
     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。 ) BLoj:gYn  
    \78kShx  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd >~^##bIb  
    @Ao E>  
     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。 },LW@Z}  
    7 }sj&  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ss>?fyA  
    *d/]-JN,K  
    4. 对比:光栅的光学功能 [M6/?4\  
     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。 \M`fkR,,'  
     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。 yLlAK,5P0o  
     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)。 D?"TcA  
     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。 F /:2+  
     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。 gJ>HFid_C  
    >K;'dB/m;1  
    \4`2k  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd p,w6D,h  
    SbW6O_   
    5. 有间隔SLM的光学功能 4';tMiz  
    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。 \W6 |un  
    ;"/ "  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd XP-4=0zd  
    9jwo f}OU  
    下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 +iPS=?S  
    5&r2a}K  
    {XNu4d9w(  
    6. 减少计算工作量 {L8(5  
    a JDu_  
    ZWJFd(6  
    采样要求: ?iBHJ{  
     至少1个点的间隔(每边)。 o*u A+7n  
     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。 wFaWLC|&  
    f(E  'i>  
    采样要求: `&U ['_%  
     同样,至少1个点的间隔。 Do|`wpR  
     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%Yws2Le2  
     随填充因子的增大,采样迅速增加。 o;JBe"1  
    '4A8\&lQO  
     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。 r(yb%p+  
     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。 &7X0 ;<  
     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)。 \0pJ+@\T9  
     通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 1q! 6Sny@  
    [J+K4o8L<A  
    4>^ %_Xj[  
    @]HV:7<q  
    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。
    ";e0-t6:  
    7. 指定区域填充因子的仿真 mHox  
    .-N9\GlJ,d  
     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。 b`K~l'8  
     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。 8L 9;VY^Y  
     因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 :OBggb#?!  
     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)。 p$@=N6)I.k  
    <96ih$5D1  
    q#PGcCtu  
    8. 总结
    y\ @;s?QL  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 zq]V6.]J  
    "O|fX\}5  
    第1步 N1(}3O  
    将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 v.v3HB8p  
    R< xxwjt  
    第2步 (s{%XB:K  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 4!6g[[| &J  
    扩展阅读 jt2 m-*aP  
    扩展阅读 xMhR;lKY  
     开始视频 NnSI=M  
    -    光路图介绍 6M$.gX G.  
     该应用示例相关文件: <z)MV oa  
    -     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 fC%;|V'Nd  
    -     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
    m$hSL4 N  
     
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