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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) P!Brw72  
'ZJb`  
应用示例简述 > ^=n|%  
!YPwql(  
1. 系统细节 E.%V 0}  
 光源 tD*k   
— 高斯光束 Mw3$QRM  
 组件 $K.DLqDt  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统  zo1T`"Y  
 探测器 Pbd[gKX_  
— 视觉感知的仿真 /qKA1-R}4  
— 电磁场分布 ;>uB$8<_7  
 建模/设计 #+QJ5VI :  
— 场追迹: iX o(  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 _Pno9|  
n }b{u@$  
2. 系统说明 Nw9@E R  
eR4ib-nS  
uH?dy55 Y  
3. 模拟 & 设计结果 ,hH c -%-  
@0]w!q  
4. 总结 !E&l=* lM.  
t>Ye*eR*`U  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Fv7]1EO.  
O|S,="h"}  
第1步 EnGh&]  
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。 t{>#)5Pqv  
oP`:NCj\9  
第2步 Q7<Y5+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 T$`m!mQ4  
~n8UN<  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 c(uD kX  
je@&|9h  
应用示例详细内容 >yr;Y4y7K  
e]nP7TIU  
系统参数 ?%`Ph ?BZl  
yUWc8]9\W  
1. 该应用实例的内容 "f8,9@  
Rz&`L8Bz  
3b\s;!  
2. 设计&仿真任务 ]h~F%   
YO-B|f  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 pj<aMh  
CcW3o"=4  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 [0qswsV  
9+MW13?  
_YG@P1  
4. 参数:SLM像素阵列 2z*}fkJ  
m_Pk$Vwx  
epKr6 xq  
5. 参数:SLM像素阵列 unc6 V%  
tvf5b8(Y-  
w&f>VB~,1  
应用示例详细内容 2*^=)5Gj-h  
G62;p#  
仿真&结果 rHjDf[5+  
Op8Gj  `  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 6eUGE4NF(  
 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)。 8G3 Z,8P4(  
 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。 vs$h&o>|  
k~so+k&=b  
2. VirtualLab的SLM模块 4CchE15  
cLp_\\  
eI:x4K,#  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 [L7s(Zs>  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此,需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 JBA{i45x  
dl[%C6  
3. SLM的光学功能 VRgckh m  
5x|$q kI  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 -fV\JJ  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 "=K3sk  
 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。 jl}!UG  
6w? GeJ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ~:k r;n2  
^7ID |uMr  
 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。 0sA`})Dk  
O-ENFA~E;v  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd {X2uFw Gi  
!( +M  
4. 对比:光栅的光学功能 /2E Q:P  
 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。 %).I &)i  
 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。 6HJsIeQ  
 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)。 x^_c4,i)  
 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。 ?./fVoA]V  
 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。 fQ"Vx!  
=jh^mD&'  
R\X;`ptT  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 3?<A]"X.  
A@?-"=h}  
5. 有间隔SLM的光学功能 !5h-$;  
现在,基于像素阵列的区域填充因子,我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 2Mq@5n  
:-U& _%#w  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd _1O .{O  
oiR9NB&<  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 l&e{GHz  
pzjNi=vhd  
9@lG{9id?  
6. 减少计算工作量 T`j {2  
/&G|.Cx  
ZwY mR=  
采样要求: Il>o60u1  
 至少1个点的间隔(每边)。 y xT}hMa  
 如在有效区域,用户指定60%区域填充因子,模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 a%a0/!U[  
!mWm@ }Ujg  
采样要求: 9bRUN<  
 同样,至少1个点的间隔。 v5e*R8/  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 6vTnm4  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 8[t*VIXI  
(4RtoYWW  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量,减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 ge%QbU1J  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%),这种简化是非常适用的。 "".a(ZGg  
 如果只考虑标记的范围,仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 Isvb;VT9L  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 eJn_gKWb  
@`nG &U  
9 `bLQd  
wpC .!T  
减小SLM阵列尺寸后计算所得的振幅分布几乎和全阵列一样。
ts_|7Ev  
7. 指定区域填充因子的仿真 SYQP7oG9oQ  
lb*;Z7fx<'  
 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 0|K<$e6IH  
 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。 @p/"]zf  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 ?li/mc.XG  
 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)。 [AIqKyIr  
_ MB/p  
(E,[Ad,$  
8. 总结
xe(7q1   
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 pmurG  
%[~g84@  
第1步 EB}~^ aY  
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。 Hi$N"16A5z  
91yYR*  
第2步 mea} 9]c  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 5A 5t  
扩展阅读 /zQx}U)TP  
扩展阅读 cD!E.2[  
 开始视频 <tsexsw  
-    光路图介绍 cUd>ah v  
 该应用示例相关文件: 4s'%BM-r-  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 w@6y.v1I{  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
R47y/HG,  
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