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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) KCl &H  
}}s8D>;G~  
应用示例简述 [pr 9 $Jr  
9E^~#j@Zr  
1. 系统细节 @c0n2 Xcr  
 光源 a6k(9ZF  
— 高斯光束 ,7t3>9 -M"  
 组件 T7^ulG1'  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 D9,e3.?p  
 探测器 qPqy4V. ;  
— 视觉感知的仿真 ~c!Rx'  
— 电磁场分布 <8g=BWA  
 建模/设计 sE-x"c  
— 场追迹: Q6eN+i2 ;  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 ~Vwk:+):  
Gee~>:_Q{J  
2. 系统说明 "$]ls9-%n  
nZ&T8@m  
@l)\?IEF@f  
3. 模拟 & 设计结果 Td5bDO  
~."!l'a  
4. 总结 k{?!O\yY  
p "/(>8  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 AS`2=w  
2]2{&bu  
第1步 ^GE^Q\&D&  
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。 FwXKRZa  
P8"6"}B;T  
第2步 5r^1CFO  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。  <V7SSm  
n?zbUA#  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Fq vQk  
1XqIPiXJ  
应用示例详细内容 3%_ 4+zd  
fS5GICx8R  
系统参数 +ylxezc  
,2RC|h^O,  
1. 该应用实例的内容 j?Cr31  
L[CU  
|sA4:Aq  
2. 设计&仿真任务 Tld1P69(  
LKIW*M  
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。 r hiS  
.=>\Qq%  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 c9\B[@-q  
8.*\+nH  
$dlnmNP+  
4. 参数:SLM像素阵列 5dg-d\ 6S  
/!^L69um  
;3 G~["DA  
5. 参数:SLM像素阵列 F5<"ktnI  
yB0jL:|a  
Oyi;bb<#  
应用示例详细内容 nw~/~eM5=  
 QpdujtH`  
仿真&结果 t)\D  
b^uP^](J  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM =@Q#dDnFu%  
 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)。 }V\P,ck  
 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。 q :TZ=bs^  
0 $n8b/%.  
2. VirtualLab的SLM模块 8|w5QvCU?3  
aSn0o_4bD  
M3DxapG  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 C>.]Bvg  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 @/CRIei  
Am>_4  
3. SLM的光学功能 zkjPLeX  
~bQFk?ZN+  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 u3Zzu\{  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 B]A 5n8<  
 首先,获得场(Ex方向)的振幅,分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 =giM@MV  
[ea6dv4p  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd (Wm/$P;  
=?meO0]y  
 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。 z1Bj_u{  
Gl?P.BCW.&  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd PWf{aHsr  
:N^@a-  
4. 对比:光栅的光学功能 OSSd;ueur$  
 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。 8C*6Fjb#  
 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。 vDu0  
 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)。 5en [)3E  
 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。 uvu**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。 ](B& l{V  
o7_MMeQ4  
?RgU6/2  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd jw:4fb  
A2g"=x[1@K  
5. 有间隔SLM的光学功能 AIvL#12  
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。 w?V[[$  
6MLN>)t  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 7h9fQ&y  
XBfiaj  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 HI"!n$p  
AmT| %j&3  
W (=Wg|cr  
6. 减少计算工作量 jMz1s%C  
p|bc=`TD  
'k-u9  
采样要求: !wLH&X$XT  
 至少1个点的间隔(每边)。 ; McIxvj  
 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。 @e.OU(Bf  
nZ`2Z7!  
采样要求: L}e"nzTE6I  
 同样,至少1个点的间隔。 D,}'E0  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 }5o~R~H  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 rZ8Y=) e  
3<zTkI  
 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。 b*'=W"%\  
 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。 :/yr(V{  
 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)。 b2/N H1A  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 C>w9 {h  
s0XRL1kWr  
:|n>H+Y  
}%o+1 <=  
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。
:Fi%Cef|  
7. 指定区域填充因子的仿真 c:h.J4mv  
E&iWtwkz  
 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。 (PsSE:r}+  
 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。 eB<V%,%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。 .q_uJ_qu-  
 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)。 n3l"L|W^(<  
I |<+'G  
[5RFQ!  
8. 总结
? !oVf>  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 \4\\575zp'  
d}wa[WRv   
第1步 #U!(I#^3  
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。 r7Q:l ?F2  
v' 9(et  
第2步 9h3~;Q  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 VeN&rjc  
扩展阅读 #5ohmp,u  
扩展阅读 A5.'h<  
 开始视频 k[r./xEv+t  
-    光路图介绍 ^O$[Y9~*  
 该应用示例相关文件: `G ;Lz^  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 K)h"G#NZM  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
Cb@S </b  
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