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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) PtOnj)Q  
W fNMyI  
应用示例简述 ~]M"  
;)a9Y?  
1. 系统细节 "6QMa,)D  
 光源 1z:N$O _v  
— 高斯光束 H\bIO!vb  
 组件 D|:sSld @  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 dhkpkt<G8  
 探测器 N Z`hy>LF^  
— 视觉感知的仿真 IBh~(6  
— 电磁场分布 -rlX<(pl)  
 建模/设计 #{,IY03  
— 场追迹: $SR]7GZ  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 hspg-|R  
,2bAKa  
2. 系统说明 I!D*(>  
o hlVc%a  
KK$A 4`YoR  
3. 模拟 & 设计结果 7bS[\5  
|9eY R  
4. 总结 3PffQ,c[~  
T@.D5[q0:  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 SI5QdX  
G - WJlu  
第1步 6QQ oHYtZ  
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。 2s%M,Nb  
& jvG]>CS'  
第2步 \ 6 a  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 IOl"Xgn5  
=)8fE*[s   
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 0+LloB  
Mk?I}  
应用示例详细内容 !yrHVc  
G9Tix\SpF  
系统参数 #jiqRhm  
)A=g# D#  
1. 该应用实例的内容 V"iLeC  
:X*LlN  
H_nJST<v`  
2. 设计&仿真任务 TVwYFX  
P^W47 SO  
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。 tb3fz")UC  
yG$@!*|  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 ;(6lN<i U  
%;$Y|RbmqE  
%QLYNuG  
4. 参数:SLM像素阵列 Qpf]3  
zAJUL  
hATy 3*4  
5. 参数:SLM像素阵列 ,>v9 Y#U  
\;gt&*$-  
Cq;d2u0)o$  
应用示例详细内容 cLC7U?-  
RQNi&zX/  
仿真&结果 >irT|VTf  
MiM=fIuw@s  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM +Q0-jS#d  
 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)。 { ][7Np!y  
 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。 $VIq)s2az|  
e/jM+%  
2. VirtualLab的SLM模块 ^VPl>jTg  
Qp&yS U8  
FH`&C*/F0Y  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 15DK \_;  
 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。 [ {LnE:  
#2ASzCe  
3. SLM的光学功能 ld:alEo  
Q.dy $`\  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 fhx:EZ:~  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 pu*u[n  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 w1(06A}/  
E9 q;>)}  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 1t=X: ]0j  
K(fLqXE%  
 此处,场(Ex方向)的(Wrapped)位相如下图所示,其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 G11.6]?Gg  
r ;8z"*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd F>(#Af9  
: ";D.{||  
4. 对比:光栅的光学功能 05I39/T%  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 9Ru%E>el-  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM,其像素提供一个常数位相函数。 G5y  
 通过这种光栅,能够将光衍射到几个衍射级次,衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 RTBBb:eX  
 级次越高振幅衰减越快,所以只有0级,1级以及2级贡献了主要的光强部分。 k&iScMgCTH  
 这意味着,对于SLM,我们所期望的光分布具有有较高的级次,其光强由区域填充因子决定。 - zw{<+;  
}Rxg E~ F  
%7d@+ .  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd :_,]?n  
rnv7L^9^A  
5. 有间隔SLM的光学功能 ]N <]  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 #Y>%Dr&  
\"`>-v"h  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd f"<@6Axq  
D6)Cjc>a  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 giPo;z\c  
/,N!g_"Z  
[aZ v?Z  
6. 减少计算工作量 Dq%r !)  
^lc}FN  
 QXxLe*  
采样要求: cm 9oG  
 至少1个点的间隔(每边)。 i,Wm{+H-O  
 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 iVi3 :7*  
) UDJ[pL@  
采样要求: /.kna4k  
 同样,至少1个点的间隔。 ^&';\O@)  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 j_'rhEdLP  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 }vUlTH  
^8oc^LOa~2  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 bqQO E4;  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 >6l;/J  
 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 3ES[ N.V#  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 j*La ,iF  
m$E^u[  
*iRm`)zC(  
f{^M.G@  
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。
x\J;ZiWwW  
7. 指定区域填充因子的仿真 }L$Xb2^l  
_{c|o{2sj  
 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 k Kp6  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 Ue g N-n  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 TcKvSdr'  
 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 X=p3KzzX  
XHZ: mLf  
BU]WN7]D$  
8. 总结
Z ]aK'  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 #mRFUA  
.qIy7_^  
第1步 EAD0<I<>  
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。 "0'*q<8  
Y1fy2\<'  
第2步 JIP+ !2  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [<Os~bfOv  
扩展阅读 X<Th{kM2  
扩展阅读 ckf<N9  
 开始视频 eg2U+g4  
-    光路图介绍 &>W  (l.  
 该应用示例相关文件: 'wz\tT^  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 xI@$aTGq  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
GDHK.?GY  
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