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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

OG`|td  
应用示例简述 ]bTzbu@  
d $fvg8^  
1. 系统细节 EWb(uWC8h  
 光源 4<T*i{[  
— 高斯光束 9DOkQnnc  
 组件 &@YFje6Lcm  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 eQU-&-wt0  
 探测器 ZT) !8  
— 视觉感知的仿真 Y^R?Q'  
— 电磁场分布 W?qpnPW  
 建模/设计 7q%|4Z-~  
— 场追迹: g.I(WJX0  
 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。 ]By0Xifew  
j?:`-\w5  
2. 系统说明 *wC\w  
q.=^i z&m  
;OOj[%.  
3. 模拟 & 设计结果 t_dcV%=  
WI1T?.Gc   
4. 总结 n1QEu"~Zj  
#K=b%;>  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 bz{^h'  
.E+OmJwD  
第1步 h6u2j p(+  
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。 U^%9 )4bj  
f).*NX  
第2步 z)4UMR#b&  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,~(|p`  
gjW\ XY  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 sYGR-:K  
~?#~Ar  
应用示例详细内容 m8'@UzB  
8 AFMn[{  
系统参数 807al^s x  
A-Mj|V  
1. 该应用实例的内容 j!YNg*H  
kMM'[w  
9%sFJ  
2. 设计&仿真任务 l+%Fl=Q2em  
^6Yd}  
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。 8tU>DJ}0  
R7lYu\mA  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 v@VLVf)>9^  
6N"m?g*Z d  
$=/rGpAk  
4. 参数:SLM像素阵列 Nepi|{  
8qn 9|  
tl|ijR  
5. 参数:SLM像素阵列  KyTuF   
^w.]Hd 2  
~p:?QB>1]  
应用示例详细内容 z<!O!wX_aI  
:vpl+)n  
仿真&结果 ymYBm: "  
/0(%(2jIWl  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM J,??x0GDx,  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 I!P4(3skAB  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 "# !D|[h0  
F% `zs\  
2. VirtualLab的SLM模块 }`9jH:q-Z  
n+2%tW  
Lbcy:E*g  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 %,0%NjK  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 I7~|~<  
?-f,8Z|h  
3. SLM的光学功能 HmMO*k<6@  
Or7 mD  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 + ~ "5!  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 eTT) P  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 S`0NPGn;@[  
/'ZKST4  
nob0T5G  
\Wr,<Y  
J/ vK6cO\  
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 +1QK}H ~  
c;9.KCpwx  
+y/55VLq  
z8E1m"  
J? .F\`N)  
4. 对比:光栅的光学功能 49AW6H.JT  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 rh66_eV  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 ?F_)-  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 zyFUl%  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 :S -";.:"  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 r{_>ldjq  
Ab2Q \+,  
.XS9,/S  
8PBvV[  
-_em%o3XC  
5. 有间隔SLM的光学功能 WF[bO7:  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 j/KO|iNL2  
jo9gCP.  
1& ^?U{  
V kjuyK  
P6\6?am  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 Yf}xwpuLk  
A%X X5*  
<CZgQ\Mt  
6. 减少计算工作量 sILSey5`  
__Nv0Ru  
w!&~??&=}  
采样要求: 'V (,.'  
 至少1个点的间隔(每边)。 A&"%os  
 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 BUsV|e\  
oyvKa g  
采样要求: \+ 0k+B4a  
 同样,至少1个点的间隔。 G8J*Wnwu[K  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 Pw[g  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 %IY``r)j  
,r8Tbk]m  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 _S`o1^Ad  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 4(8xjL:  
 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。  Vzl^Ka'  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 ~}"]&%Q{J  
}H"kU2l  
IzLQhDJ1  
(Pbg[AY  
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
T~4N+fK  
7. 指定区域填充因子的仿真 OI}cs2m  
~*W!mlg  
 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 /i]y$^  
 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。 T~:|!`  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 om h{0jA0  
 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)。 5jxQW ;  
?OlV"zK  
x[ 3A+  
8. 总结
[7FItlF%I  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 O1'm@ q)  
oXXC@[??}N  
第1步 [*:6oo98'  
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。 $~;D9  
OTDg5:>  
第2步 }Gyqq6Aeb  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 fw6UhG  
扩展阅读 }g7]?Ee  
扩展阅读 `n5"0QRd  
 开始视频 uocHa5J  
-    光路图介绍 :Bu2,EL*O  
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