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infotek 2024-11-11 07:55

空间光调制器像素处光衍射的仿真

空间光调制器(SLM.0002 v1.1) pFH?/D/q  
.5k^f5a  
应用示例简述 [xS5z1;  
7+] F^ 6  
1. 系统细节 & 3I7]Wm  
 光源 w2<*$~C]  
— 高斯光束 XkoWL  
 组件 zuj;T,R;  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 gx&73f<J  
 探测器 W,'3D~g8  
— 视觉感知的仿真 @{de$ ODu  
— 电磁场分布 K#U{<pUP  
 建模/设计 s_` V*`n&  
— 场追迹: iDvpXn  
 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。 R]fYe#!"  
)ldUayJ  
2. 系统说明 {G]`1Q1DR  
H.;yLL=  
Rmgxf/  
3. 模拟 & 设计结果 H!^C2  
'XME?H:q a  
4. 总结 o9^$hDs,si  
GfQ^@Tl  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 $u- lo|  
u;{T2T  
第1步 m4\g o  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 R=DPeUy;  
O^Dc&w  
第2步 =z']s4  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 |<7i|J  
Dl@{}9  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 vzQyE0T/  
FL~9</  
应用示例详细内容 TyyRj4>  
+;5Wp$ M\  
系统参数 I[a%a!QO  
/!o1l\i=5  
1. 该应用实例的内容 (#lm#?<)  
012:BZR  
aq$62>[  
2. 设计&仿真任务 6#/LyzZq|  
orK+B4  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 %j!z\pa  
T[mw}%3<v  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 Ed8U;U b  
W=!F8g|Qz  
/:Rn"0   
4. 参数:SLM像素阵列 |^\ Hv5  
=k_XKxd  
G<Th<JF)Q  
5. 参数:SLM像素阵列 _g^E%@'W  
6qY\7R2+  
`mQP{od?"?  
应用示例详细内容 dW:w<{a!R  
s n=zh1 A  
仿真&结果 @DUN;L 4  
c4S>_qH  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM #xD&z^o  
 由于可以嵌入组件,VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜,2f系统等)。 [+Yl;3 &]  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 8-W"4)@b  
?T$*5d  
2. VirtualLab的SLM模块 ~k"eE V p  
wGZ>iLe:  
@|jKO5Y  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 e@6RC bj  
 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。 7/[TE  
_m) gO/02A  
3. SLM的光学功能 d)pz  
yd{Y}.  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 ~m009  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 m1M;'tT@  
 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。 a)YJ4\Qg[  
"P>$=X~Zi  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd p3>Q<  
H'j_<R N  
 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。 g]oc(RM  
/gMa"5?,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd jb#1&L 14  
z_)OWWdN  
4. 对比:光栅的光学功能 FkB6*dm-  
 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。 mgJ]@s}9  
 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。 %N?W]vbra  
 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)。 @1`W<WP  
 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。 ;p?42rCIcl  
 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。 JI{OGr  
&Sa_%:*D(  
+8?R+0P  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd %M4XbSN|  
v '"1/% L  
5. 有间隔SLM的光学功能 ~jgN_jz  
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。 C.Wms}XA  
DkF@XK0c3  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 9!Q $GE?vl  
mfp`Iy"}+  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 }+QhW]nO{F  
E#&c]9QM75  
_7t|0aNo\  
6. 减少计算工作量 WsK"^"Z  
l>[QrRXiSN  
[E..VesrM  
采样要求: 0& SrKn  
 至少1个点的间隔(每边)。 tXb7~aO  
 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。 Rd;~'gbG  
f0HV*%8  
采样要求: ^bY^x+d  
 同样,至少1个点的间隔。 7#~m: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。 |P[D2R}  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 l{D,O?`Av  
/4f 5s#hR  
 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。 -?2&5YB  
 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。 It!.*wp  
 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)。 56j/w[&8  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 z wniS6R1  
S9F]!m^i  
X<@y*?D9D  
X&;]  
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。
}fa%JN %E  
7. 指定区域填充因子的仿真 Cs~\FI1wR  
h9)]N&07b  
 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。 eiNk]KXAYX  
 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。 VUg~[  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ,co9f.(w  
 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)。 GQ8D j!8  
EL)/5-=S  
bCac .x#jo  
8. 总结
fv 1!^CDia  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 j8ohzX[Y  
Zia|`}peW  
第1步 b\e)PUm#u@  
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。 #uRq] 'P  
WriJco<v  
第2步 4'4s EjyA  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 a?Qcf;o  
扩展阅读 %q\P'cK  
扩展阅读 i+ &lMgh  
 开始视频 ~"4vd 3  
-    光路图介绍 JEkIbf?=r  
 该应用示例相关文件: J9KLO=  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 6@_@nlA<1  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
6w`}+3  
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