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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

;l>C[6]  
应用示例简述 hCKx%&[^7  
y OLqIvN  
1. 系统细节 !wZ  9P  
 光源 a#G]5T Z  
— 高斯光束 ;5wr5H3  
 组件 bD;c>5t  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ~^R?HS  
 探测器 9 ?~Y  
— 视觉感知的仿真 =j{r95)|u  
— 电磁场分布 nlkQ'XGAI  
 建模/设计 &\/b(|>  
— 场追迹: du k:: |{F  
 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。 Om=*b#k  
lYMNx|PF  
2. 系统说明 4]/i0\Vbam  
Jf{ M[ z  
hpVu   
3. 模拟 & 设计结果 Lc:DJA  
.A2u7*h&  
4. 总结 +)gXU Vwd  
}th^l*g  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 U\\nSU  
&`J?`l X  
第1步 <7%4=  
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。 OnKPD=<  
q4rDAQyPO  
第2步 ']]&<B}mz  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 bG6<=^  
IAJYD/Y&?  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 7berkU0P  
4: <=%d  
应用示例详细内容 ef;Ta|#  
XN=Cq*3}  
系统参数 }lzQMT  
hIr$^%  
1. 该应用实例的内容 Y/1,%8n  
b88Zk*  
 !&Z,ev  
2. 设计&仿真任务 Dxwv\+7]  
Hw"UJP  
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。 n*oa J<o%  
-Jtx9P  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 l^IPN 'O@  
Sp]i~#q_'  
n6a*|rE  
4. 参数:SLM像素阵列 ;\ $P;-VY  
`=0J:  
:~2An-V  
5. 参数:SLM像素阵列 &z\]A,=T c  
BI\+ NGrB  
L#`9# Q  
应用示例详细内容 BU="BB/[  
4P>tGO&*x  
仿真&结果 ecH-JPm'  
P9p{j1*;  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM #NVqS5  
 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)。 Y,bw:vX  
 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。 YORFq9a{R  
yMNLsR~rh  
2. VirtualLab的SLM模块 Jb~-)n2  
6rnehv!p  
IKK<D'6  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 >t"]gQHtx  
 必须设置所设计的SLM透射函数。 p.2>- L  
5g- apod  
3. SLM的光学功能 axY-Vj  
O8+[ )+6^  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 bw7!MAXd  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 /)i)wxi  
 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。 ,<lxq<1I  
(/_Q r2KfC  
W7a s =+;X  
6Upg\(  
{/BEO=8q2  
 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。 bH41#B  
J{mP5<8>b  
DJE/u qE  
NEO~|B*oDU  
lxK_+fj q  
4. 对比:光栅的光学功能 K]bS:[34 R  
 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。 LoG@(g&)  
 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。 !v2,lH  
 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)。 KrkZv$u,  
 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。 Q:~w;I  
 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。 oQDOwM,  
9ok|]d P  
wN)R !6  
Vk_*]wU  
'w%N(Ntq  
5. 有间隔SLM的光学功能 lkg-l<c\J  
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。 u,F d[[t  
^BM/K&7^  
i&,U);T  
l@*/1O)v  
#|XEBOmsQ  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 V8&/O)}o  
K23_1-mbe  
5?kA)!|UB  
6. 减少计算工作量 !BEOeq@2.  
[Pp#l*  
)O- x1U  
采样要求: -R'p^cMA  
 至少1个点的间隔(每边)。 p 2~Q  
 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。 g}^ /8rW  
YY!(/<VI  
采样要求: +lha^){  
 同样,至少1个点的间隔。 ,H[AC}z2X  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 k7{fkl9|#  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 24N,Bo 3  
\Di~DN1  
 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。 )Q xv9:X  
 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。 n'*Ljp  
 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)。 $fKwJFr  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 \S7OC   
_ z4rx  
|>3a9]  
CJKH"'u3^  
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。
j|G-9E  
7. 指定区域填充因子的仿真 eBAB7r/7  
S ,(@Q~  
 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。 `4EOy:a  
 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。 bOz\-=au  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 qfYb\b  
 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)。 y]jh*KD[  
Ee|+uQ981>  
2FVKgyV  
8. 总结
8&C(0H]1  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 pn $50c  
1M;)$m:  
第1步 \[oHt:$do  
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。 mTP.W#N  
wO!hVm,T a  
第2步 FY|x<-f  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 oM7^h3R  
扩展阅读 ?^ErrlI_  
扩展阅读 \7j)^  
 开始视频 rbtV,Y  
-    光路图介绍 =h_gj >  
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