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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) gEIjG  
    Zla5$GM  
    应用示例简述 -9}]J\  
    J;+tQ8,AP  
    1. 系统细节 z[0L?~$  
    光源 6aK'%K  
    — 高斯光束 gmLGK1  
     组件 f";70}_  
    — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 "}*P9-%  
     探测器 3lM mSKN  
    — 视觉感知的仿真 _:+W0YS  
    — 电磁场分布 ^TVica  
     建模/设计 Yt++  ?  
    — 场追迹: $V]D7kDph*  
     一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 {(o\G"\<XY  
    @NlnZfMu  
    2. 系统说明 ~d/Doi  
    } !pC}m  
    Os*,@N3t  
    3. 模拟 & 设计结果 DvF`KHsy  
    )+RGXV p  
    4. 总结 o(]kI?`  
    r9%4q4D?>9  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _T6WA&;8  
    6JmS9ho  
    第1步 *1ekw#'  
    将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 3xsC"c>  
    VHM,W]  
    第2步 &w*.S@  ;  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 WU Q2[)<  
    B*zb0hdo:  
    产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 :o*{.  
    NVS U)#  
    应用示例详细内容 OC#oJwC  
    @+syD  
    系统参数 g`y >)N/  
    d5T0#ue/e  
    1. 该应用实例的内容 _;yp^^S  
    j{7_p$JM  
    bo <.7  
    2. 设计&仿真任务 i'L7t!f}o  
    FGr0W|?v  
    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(hUQu 6  
    -F4CHpua  
    3. 参数:输入近乎平行的激光 <& 8cq@<  
    pA!+;Y!ZB<  
    A_{QY&%m  
    4. 参数:SLM像素阵列 Fw!5hR`,  
    / ]>&OSV  
    r@e_cD] M  
    5. 参数:SLM像素阵列 G( nT.\  
    x|U]x  
    n~8-+$6OR  
    应用示例详细内容 'hVOK(o 0  
    bNFX+GA/  
    仿真&结果 d{9rEB?  
    lR{eO~'~V  
    1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 3`n5[RV  
     由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 '@AK0No\W  
     内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 00%$?Fyk  
    5A7!Xd  
    2. VirtualLab的SLM模块 %ia/i :  
    VaZS_ qGe:  
    6@wnF>'/\  
     为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 H }uT'  
     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。 ^\e:j7@z  
    Y_p   
    3. SLM的光学功能 @-qxNw  
    >>(2ZJ  
     在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 w/d9S(  
     为此,将区域填充因子设置为60%。 yHCQY4/  
     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。 T d4/3k  
    ok-sm~bp  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd h}q+Dw.i  
    _S,2j_R9  
     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。 O(~`fN?n  
    q}ZZqYk  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd V>gEF'g  
    fk*JoR.o  
    4. 对比:光栅的光学功能 S?OK@UEJ  
     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。 zST# X}  
     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。 fT[6Cw5w`  
     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)。 x\3 ` W  
     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。 +SrE  
     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。 Gd%6lab  
    }UXj|SY  
    KP _=#KD  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd $SG^, !!&A  
    RNRMw;cT  
    5. 有间隔SLM的光学功能 ~bigaY  
    现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。  Ca@[]-_H  
    QMy;?,  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd @`wBe#+\  
    z.e%AcX  
    下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 ]AERi] B  
    Z)P x6\?+  
    V,|l&-  
    6. 减少计算工作量 : 60PO  
    [ ]3xb`<&  
    ]8+%57:E  
    采样要求: u-OwL1S+  
     至少1个点的间隔(每边)。 Te$/[`<U  
     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。 jn]hqTy8  
    fa\<![8LAU  
    采样要求: 7fI[yCh  
     同样,至少1个点的间隔。 s3g$F23  
     假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 B(Y{  
     随填充因子的增大,采样迅速增加。 ^=OjsN  
    Fdm7k){A  
     为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 Z>o;Yf[  
     如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 TjD`< k  
     如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 }= s@y"["  
     通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 v :6`(5  
    JP!$uK{u  
    3c@Cb`w@  
    <~"qz*_  
    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。
    fAUtqkB  
    7. 指定区域填充因子的仿真 n@T4z.*~lA  
    6by5VESx  
     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。 Bq79Ev .-  
     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。 \{{B57/Isq  
     因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 */nb%QV  
     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)。 q$:T<mFK$  
    $o/ ?R]h  
    nt "VH5  
    8. 总结
    *Z|!%C  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 KNIYar*3  
    ;o%r{:lng  
    第1步 Z(/jQ=ozQ  
    将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 NjYpNd?g  
    B964#4& 9  
    第2步 xzW]D0o0  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 VH#]67  
    扩展阅读 "JJ )w0  
    扩展阅读 GG(rp]rgl  
     开始视频 tz1iabZ{  
    -    光路图介绍 'V 1QuSd  
     该应用示例相关文件: 3<m"z9$  
    -     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 RBt"7'  
    -     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
    Wf0ui1@  
     
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