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infotek 2023-03-29 08:48

空间光调制器像素处光衍射的仿真

^@> Qiy  
应用示例简述 %P6!vx:&^b  
\5_^P{p7<  
1. 系统细节 HK.J/Zr  
 光源 1W7BN~p14  
— 高斯光束 J4X35H=Z  
 组件 BS.6d}G4  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 |`/uS;O  
 探测器 q,Q|Uvpk  
— 视觉感知的仿真 ZJm^znpw6  
— 电磁场分布 I'YotV7  
 建模/设计 1r4/McB  
— 场追迹: ~(S4/d5  
 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。 znRhQ+8;!  
5Yr$dNe  
2. 系统说明 m$g^On  
1i2w<VG1  
K@hUif|([  
3. 模拟 & 设计结果 n-Y'LK40Os  
`7ZJB$7D|*  
4. 总结 \]El%j4  
RkM!BcB  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 bc-)y3gHU  
|SleSgS<#  
第1步 xx8na8  
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。 a QFHB!  
]^<~[QK_C  
第2步 B8Z66#EQ  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 N|}`p"  
A@r,A?(  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 NR{:4zJT  
qiN'Tuw9  
应用示例详细内容 X;tk\Ixd  
GAKJc\o  
系统参数 i2E7$[  
 j C?  
1. 该应用实例的内容 \9^@,kfP  
H2vEFnV  
^Du_e(TiyK  
2. 设计&仿真任务 K%;yFEZ  
5$X{{j2  
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。 L8Q!6oO=<  
79_MP  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 ,?+yu6eLb  
XLT<,B}e  
;U&VPIX$  
4. 参数:SLM像素阵列 \mloR '  
T~>:8i  
DP_\%(A  
5. 参数:SLM像素阵列 WW=7QC i  
U^D7T|P$V  
/_\4( vvf  
应用示例详细内容 g:yK/1@Hk}  
_NFJm(X.  
仿真&结果 Z/x~:u_  
`u-Y 5mY  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM :|Cf$2k7  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 vNIQc "\-  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 MZ'HMYed   
Qs a2iw{  
2. VirtualLab的SLM模块 <>TBM^  
_[W=1bGJ  
Wj&s5;2a  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 UuGv= yC^6  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 K9R[ oB]b  
i{2KMa{K  
3. SLM的光学功能 _ sd?l  
rGs> {-T3  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 _PF><ODX2  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 6c:$[owC  
 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。 X9R-GT  
uw]Jm"=w  
kVY@q&p  
.JE7vPv%!  
9YKEME+:  
 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。 ]+AI:  
)'JSu=Ej  
SDkN  
@OpcS>:R  
dU,/!|.K  
4. 对比:光栅的光学功能 l< Y x  
 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。 4J  s>yP  
 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。 \xt!b^d0  
 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)。 S<TfvQ\,"@  
 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。 ee0J;pP2#  
 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。 ]#nAld1cmy  
4[?Q*f!  
Vr'Z5F*@  
rTH@PDk>)  
<:?&}'aA  
5. 有间隔SLM的光学功能 tc[PJH&P  
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。 ]@xc9 tlG  
T*oH tpFj#  
$jHL8r\e7  
|l9AgwDg  
9} vWTt0  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 ;(XSw%Y H  
gVGq  
#\}hN~@F  
6. 减少计算工作量 7cC$)  
-$7Jc=:>  
@wo9;DW`  
采样要求: <C&UD j  
 至少1个点的间隔(每边)。 Uc4r  
 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 ! M bRI  
}Eav@3h6  
采样要求: \ .:CL?m#  
 同样,至少1个点的间隔。 9DIGK\  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 r )T`?y  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 W?@ ;(k  
j1BYSfX'  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 '!_o`t@  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 (k[<>$hL*  
 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)。 Z8m/8M  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 rTi.k  
8'zwy d3  
b^v.FK46G  
Iv{}U\ u  
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. Sb4i*  
7. 指定区域填充因子的仿真 A) qOJ(OEz  
z.QW*rW9  
 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#-74{Y$ J  
 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。 9Vp$A$7M  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 "DUL} "5T  
 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 ddw!FH2W (  
&B))3WFy  
#oHHKl=M  
8. 总结
1f}Dza9  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 m^TkFt<BM  
aUd6 33  
第1步 Lg'z%pi  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 7Q^t(  
j3$KYf`T}  
第2步 b+{yF  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 _mcD*V  
扩展阅读 jML}{>Gy8S  
扩展阅读 '06[@Cw  
 开始视频 U2G\GU1 X  
-    光路图介绍 ,#s}nJ4  
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