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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

UoKXo*W2  
应用示例简述 J, vEZT<Mt  
N(L?F):fT  
1. 系统细节 X##hSGQM  
 光源 A\~tr   
— 高斯光束 _w49@9?  
 组件 g;G.uF&  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 {~eVZVv  
 探测器 kY`L[1G$  
— 视觉感知的仿真 >^%TY^7n  
— 电磁场分布 mEDi'!YE"  
 建模/设计 R3@$ao  
— 场追迹: _9b;8%? Yf  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 ?DKwKt  
G,h=5y9_J  
2. 系统说明 ~> |o3&G{  
wdTjJf r  
\>r<z46x  
3. 模拟 & 设计结果 D]$X@2A  
=aE!y5  
4. 总结 &\/p5RX  
\Dr?}D  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Kq2,J&Ca3  
YVB\9{H?  
第1步 UqaV9  
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。 x6B_5eF  
 oN7JNMT  
第2步 u.L{3gkT  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 gN/6%,H}  
lq\/E`fc`  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 W4o$J4IX{  
b6A]/290x  
应用示例详细内容 V50FX }i  
!`?*zf  
系统参数 Kn+m9  
HCTjFW>C  
1. 该应用实例的内容 0NMekVi  
+Q6}kbDI  
%>Y86>mVz  
2. 设计&仿真任务 eW^_YG%(  
*P}v82C N  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 vTY+J$N__  
sX$EdIq  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 ]Uee!-dZ  
?A7_&=J%  
|VRzIA4M\  
4. 参数:SLM像素阵列 ^+20e3 ~Y  
?XNQ_m8f  
Z:(yX0U,[  
5. 参数:SLM像素阵列 ,/>hWAx  
`$odxo+  
t^zmv PDK  
应用示例详细内容 x O~t  
NWq>Z!x`  
仿真&结果 0kdPr:B Q0  
O>j_xW]V  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM "]M]pR/j  
 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)。 g1s\6%g  
 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。 %t:pG}A>:C  
``p( )^zT  
2. VirtualLab的SLM模块 5VG[FY6Pl  
&hb:~>  
mgxoM|n6  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 {q-<1|xj/J  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 *6trK`tx^  
]d|:&h  
3. SLM的光学功能 vS{zLXg  
DZI:zsf;5Q  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 v9qgfdBS5  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 G$B( AWL  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 TsB"<6@!AA  
W%xg;uzp  
wtY*{m2  
8- U1Y  
"X }@VT=  
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 C \B&'+uR  
}I1SC7gY  
Gz9w1[t  
o"a~  
y(!Y N7_A  
4. 对比:光栅的光学功能 Z`=[hu  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 i,Q{Z@,  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 jeM/8~^4-  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 EGZ F@#N  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 :bhpYEUMx  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 ;QA`2$Ow  
UE[5Bw?4X  
F(w  
8RfFP\AP  
T7!"gJ  
5. 有间隔SLM的光学功能 j JxV)AIY  
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。 MifPZQ  
RvQl{aL  
9,4Lb]  
Sj$XRkbj:  
8d90B9  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 d3$&I==;:  
&3Q!'pJJ  
Aqwjs 3  
6. 减少计算工作量 5f:Mb|. ?  
Ez*9*]O*+  
wIv_Z^% V  
采样要求: )L*6xTa~  
 至少1个点的间隔(每边)。 dsx'l0q 'i  
 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。 UKBVCAK  
lm?1 K:+[  
采样要求: F3aOKV^  
 同样,至少1个点的间隔。 _\9|acFT2O  
 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#:Pl`n6u  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 =Mb1)^m  
1@j0kTJ~m  
 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。 !f\q0Gnl  
 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。 U9d0nj9 j  
 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)。 8J P{`)  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 "pDwN$c  
cH&-/|N  
0wx lsny?  
pohA??t2:  
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
;^q@w  
7. 指定区域填充因子的仿真 fgs){ Ng`  
(~R[K,G  
 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 '.sS"QdN  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 {xw"t9(fE  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 H8V${&!ho  
 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)。 $c!cO" U  
@A_bZQ@  
6^vMJ82U  
8. 总结
IA\CBwiLj  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ,X[l C\1a  
qP"+SVqC  
第1步 nhfHY-l} 7  
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。 h}X^  
woctnT%"Q/  
第2步 a@E+/9  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 7X h'VOljB  
扩展阅读 x<m{B@3T  
扩展阅读 gEVN;G'B<=  
 开始视频 kEH(\3,l  
-    光路图介绍 .Ulrv5wJ  
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