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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) `Y!8,( 5#  
U0W2  
应用示例简述 O#!|2qN  
Q"!GdKM  
1. 系统细节 ',D%,N}J  
 光源 I~HA ad,k  
— 高斯光束 K4RQ{fWpm  
 组件 19[.&-u"  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 all2?neK  
 探测器 XE0b9q954  
— 视觉感知的仿真 sA+K?_  
— 电磁场分布 %ol1WG9  
 建模/设计 zII^Ny8D  
— 场追迹: Fo0s<YlS-  
 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。 V<}chLd,  
Q 4L7{^[X  
2. 系统说明 Rb^G~82d?  
1(i%nX<U  
H4wDF:n0H  
3. 模拟 & 设计结果 RA){\~@wC  
W8-vF++R  
4. 总结 dtG>iJ  
6Xn9$C)  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 WXf[W  
WFmW[< g  
第1步 6@:<62!;  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 DHvZ:)aT}  
3_&s'sG5  
第2步 ^@Qc!(P  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 8h=K S   
yYTOp^  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 pz{ ]O_px  
M`* BS  
应用示例详细内容 4T~wnTH0Xg  
CLuQ=-[|  
系统参数 On[yL$?  
iJKGzHvS  
1. 该应用实例的内容 yKz%-6cpSl  
Zv8GrkK  
_1YC9}  
2. 设计&仿真任务 4`o<e)c3  
Le/}xST@  
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。 \lwLVe  
M[u6+`  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 _ib @<%  
v@J[qpX  
&2ty++gC  
4. 参数:SLM像素阵列 u&o$2 '8  
mwZ) PySm)  
>4+KEK  
5. 参数:SLM像素阵列 /*M3Ns1@2  
(Y^tky$9  
|GP&!]  
应用示例详细内容 rJRg4Rog  
P%!=Rj^2m  
仿真&结果 /wP2Wnq$  
s5*HS3D  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 80o'=E}"  
 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)。 O{U j  
 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。 $++O@C5  
g^\!> i  
2. VirtualLab的SLM模块 (I+e@UUiL  
OpK_?XG  
NQvI=R-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。 )ac!@slb^7  
 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。 U9 mK^  
9}4~3_gv;M  
3. SLM的光学功能 O,NVhU7,  
C\dk} A  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 47f\  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 MY}K.^ 4^  
 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。 #ZP;] W  
A<(DYd1H  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd L9F71bs59  
Imq-5To#  
 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。 C46jVl   
:l?mNm5  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd @S>;t)\J  
7;&,L H  
4. 对比:光栅的光学功能 6}|h  
 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。 P|C5k5  
 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。  =+q\Jh  
 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)。 `82Dm!V  
 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。 %hdjQIH  
 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。 Y hC|hDC  
{OOn7=  
8Kk41=  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ;BKU _}k=  
B<a` o&?  
5. 有间隔SLM的光学功能 :3b02}b7  
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。 !_B*Po  
I`i"*z  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 4%I[.dBnM  
>VX'`5r>uw  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 _aJKt3GQ  
\<G"9w  
S2nX{=  
6. 减少计算工作量 ;y50t$0  
!ab ef.%:  
HPJHA ,  
采样要求: ~P;A 9A(k  
 至少1个点的间隔(每边)。  ARs]qUY  
 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。  _+(@?  
TU*EtE'g/  
采样要求: $em'H,*b3  
 同样,至少1个点的间隔。 ;oDr8a<A  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 9\/oL{  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 }&= =;7,O  
3d olrW  
 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。 Kpa$1x  
 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。 X8N9*v y  
 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)。 \xv(&94U  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 6]kBG?m0  
a/1;|1a.  
aql8Or1[  
bS954d/  
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。
$ ]#WC\Hv  
7. 指定区域填充因子的仿真 H\\FAOj  
bovAFdHW  
 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。 $CX3P)% `  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 QG2 Zh9R  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 HEIg_6sb  
 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 P".IW.^kk~  
kfT*G +l]  
%'Q2c'r  
8. 总结
{*[(j^OE  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 mtn^+*  
xIC@$GP  
第1步 -B&(& R  
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。 :Jv5Flxl  
/kg#i&bP~  
第2步 Hbd>sS  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 1 <+aF,  
扩展阅读 w^$C\bCbh  
扩展阅读 `[U.BVP'  
 开始视频 x&0kIF'lq  
-    光路图介绍 y$SUYG'v  
 该应用示例相关文件: :zPK  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ^\?Rh(pu  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
#kq!{5,  
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