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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) HSruue8  
    ;}B=g/C  
    应用示例简述 !?,, ZD  
    Kzev] er  
    1. 系统细节 b_+o1Zy`  
    光源 d6i}xnmC  
    — 高斯光束 6i/unwe!`)  
     组件 H1N@E}>|  
    — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 e~vO   
     探测器 g@H<Q('fJ  
    — 视觉感知的仿真 jFQy[k-B  
    — 电磁场分布 %Wtf24'o;v  
     建模/设计 Q& [!+s:2J  
    — 场追迹: >N^<Q4%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。 IOHWb&N6  
    z%}"=  
    2. 系统说明 7gX32r$%V  
    qnP4wRpr  
    IADSWzQ@  
    3. 模拟 & 设计结果 Ana[>wSZO@  
    U]Q 5};FK  
    4. 总结 i4YskhT  
    ra~=i|s  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 uQdeKp4(  
    AD   
    第1步 p\zqZ=s  
    将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 c&;" Y{  
    )CXlPbhY?  
    第2步 ".jO2GO^  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 u6C_*i{2  
    Uz;^R@  
    产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 v&:[?<6-  
    t[|rp&xG  
    应用示例详细内容 l>*X+TpA,  
    zlLZ8b+  
    系统参数 0+mR y57  
    5Sl"1HL  
    1. 该应用实例的内容 ;(K/O?nrJ  
    uGAQt9$>_  
    $NCvF'  
    2. 设计&仿真任务 f@sC~A. 9\  
    q}i#XQU  
    由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 ?g1eW q&  
    \BBs;z[/  
    3. 参数:输入近乎平行的激光 -#%M,Qb  
    Y*xgY*K  
    Pll%O@K  
    4. 参数:SLM像素阵列 X -1r$.  
    WD4"ft  
    t %u0=V  
    5. 参数:SLM像素阵列 o?]Q&,tO  
    MTt8O+J?P~  
    i~x]!!  
    应用示例详细内容 @+;.W>^h  
    jP+{2)z"W  
    仿真&结果 Gd!_9S`68  
    G=qlE?j`j  
    1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM B}qG-}(V  
     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)。 ~{DJ,(N"n  
     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。 Dp ['U  
    JQb{?C  
    2. VirtualLab的SLM模块 a[ ;L+  
    p#c41_?'e  
    4UbqYl3 |a  
     为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 P^o@x,V!&  
     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。 jR\pYRK  
    b!t[PShw^  
    3. SLM的光学功能 fFEB#l!oUb  
    [Zdrm:=]L  
     在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 @oY+b!L  
     为此,将区域填充因子设置为60%。 86LE )z  
     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。 ="G2I\  
    -[!t=qi  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd $,Q] GIC  
    H8g 6ZCU~  
     此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 ebEI%8p g  
    R|@~<*  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd = 1veO0  
    Ot.v%D`e 5  
    4. 对比:光栅的光学功能 m|JA }&A  
     上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 _an 0G?7  
     所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 8(ZQM01;  
     通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 h@JX?LzZS  
     级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 #6~KO7}  
     这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 ai d1eF  
    U=%(kOx  
    :tbI=NDb  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ?9?A)?O<j~  
    ~jJ.E_i  
    5. 有间隔SLM的光学功能 o]V.6Ge-  
    现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 {1=|H$wKg  
    z-3.%P2g  
    所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd X}G$ON  
    3AENY@*  
    下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 f>xi (0  
    IjOBY  
    6 o   
    6. 减少计算工作量 NHUJ:j@  
    &b>&XMIK  
    l(x0d  
    采样要求: }>y !I5O  
     至少1个点的间隔(每边)。 3ouy-SQ  
     如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 x?A<X2  
    qh W]Wd" g  
    采样要求: ?=)lbSu K  
     同样,至少1个点的间隔。 dHAT($QG  
     假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 H9'psv  
     随填充因子的增大,采样迅速增加。 Kt qOA[6  
    zrSYLG  
     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。 s[eSPSFZ  
     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。 vC1fKo\p  
     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)。 yX*$PNL5w  
     通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 / j "}e_Q  
    [QMN0#(h  
    '+l"zK ]L-  
    2Y9u9;ah  
    减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
    C(h<s e?  
    7. 指定区域填充因子的仿真 cjhwJ"`H  
    P9:5kiP H  
     由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 ,j{tGj_  
     全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 uDJ;GD[yc  
     因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 DC_uh  
     在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 &'zc2  
    rS!@AgPLE  
    J9;fqQCt  
    8. 总结
    K@:omT  
    考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 |Wa.W0A  
    'aV'Am+:  
    第1步 ]Ue aXwaU  
    将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 }'}n~cA.{  
    V=fh;p  
    第2步 bbjEQby  
    分析不同区域填充因子的对性能的影响。 8G$BQ  
    扩展阅读 8JQ\eF$ma  
    扩展阅读 u{HO6 s\S  
     开始视频 zp:QcL"  
    -    光路图介绍 <-' !I&  
     该应用示例相关文件: [\eVX`it  
    -     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 %A3m%&(m&%  
    -     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
    ,) dlL tUm  
     
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