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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) ("5Eed  
&&er7_Q  
应用示例简述 2/M:KR  
2j( ]Bt:  
1. 系统细节 `6BjNV  
 光源 ~L ufHbr  
— 高斯光束 ,~^BoH}  
 组件 [|E|(@J  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 $S_G:}tna  
 探测器 2pn8PQfg)  
— 视觉感知的仿真 Md(h-wYr  
— 电磁场分布 @A;Ouu(  
 建模/设计 DP<[Uz&  
— 场追迹: $9m>(b/;n  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真,仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 .L'eVLQe  
)AoF-&,w  
2. 系统说明 R7j'XU  
IolKe:'>@  
1Z| {3W  
3. 模拟 & 设计结果 R<AT}!mkR  
u&\QZW?  
4. 总结  ZXL  
*^_ywqp  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ];VJ54  
"2a&G3}t"  
第1步 hm+,o_+  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 &ytnoj1L(  
wjnQK  
第2步 wS%aN@ay3  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 whdoG{/  
Z{gJm9  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 EXD Qr'"  
/UAcN1K!B  
应用示例详细内容 8M9}os  
TU(w>v  
系统参数 # mK?K  
b2p;-rv  
1. 该应用实例的内容 u iEAi  
s_`=ugue  
k6mC_  
2. 设计&仿真任务 ="Sa>-d o,  
)|SmB YV  
由于制造和技术的原因,像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应,从而影响SLM的光学性能,并在接下来的工作中对其进行研究。 LtIw{* 3  
E` aAPk_ y  
3. 参数:输入近乎平行的激光束 Fy'/8Yv#L  
Fo86WP}  
^N`bA8  
4. 参数:SLM像素阵列 5Dv ;-G;  
]pi8%.d  
yQ{xRtNO  
5. 参数:SLM像素阵列 4EtP|  
4_'($FC1  
$&l} ABn  
应用示例详细内容 Ebk_(Py\  
S+7:fu2?+  
仿真&结果 G*x"drP  
JDA:)[;  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM JE$aYs<(TF  
 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)。 RHOEyXhOA  
 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。 fZ)M Dq  
KNZN2N)wR  
2. VirtualLab的SLM模块 (g>>   
f3u^:6U~  
@=kDaPme92  
 为设置像素阵列,必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 (" ,(@nS  
 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。 NrrnG]#p1  
=5QP'Qt{O  
3. SLM的光学功能 sMhUVc4  
8ezdU"  
 在第一步,我们可以研究SLM后的电磁场。 aOr'OeG(=e  
 为此,将区域填充因子设置为60%。 !gm;g}]szG  
 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。 hQT  p&  
?%Pd:~4D  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ">LX>uYmX-  
kUp[b~  
 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。 RIDzNdM>U  
GV aIZh<  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd C ~&~Ano,  
9]DMHA@  
4. 对比:光栅的光学功能 t|ih{0  
 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。 |_7AN!7j  
 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。 (6*CORE   
 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)。 ygA~d9"  
 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。 Qq.ht  
 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。 vA r fsgk  
'p{N5eM  
9O.okU  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd JQt Bt2  
c[I4'x  
5. 有间隔SLM的光学功能 eA$wJ$*   
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。 os3jpFeG'  
T|{1,wP  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd uV@#;c4  
wePhH*nQ>  
下图显示了(Ex方向)光强分布,图中具有相同的振幅比率。 <Xsy{7  
Id/-u[-yo  
#Pf?.NrTn  
6. 减少计算工作量 2 ;z~xR  
D[NJ{E.{  
gC+PpY#2h  
采样要求: Y$%z]i5   
 至少1个点的间隔(每边)。 *&d>Vk."]  
 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。 K9*vWoP'  
_=wu>h&7  
采样要求: Lcx)wof  
 同样,至少1个点的间隔。 c89+}]mGq  
 假设指定90%区域填充因子,模块计算25×25点的等间距采样。 BXCB/:0  
 随填充因子的增大,采样迅速增加。 srh>" 2."  
W@vt6v  
 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。 8)wxc1  
 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。 @]rl2Qqe  
 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)。 *K<|E15 ,  
 通过优化,计算工作量减少了4.7倍。 ;_HG 5}i  
w Bi'KS  
<yw6Om:n<  
4DYa~ =w  
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。
!6R;fD#^s  
7. 指定区域填充因子的仿真 $E j;CN59  
(&W&1KT  
 由于间隔非常狭窄,Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%,需要更多的采样点进行计算。 /oWn0  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点,需要极高的计算量。 q, 8TOn  
 因此,可适当减小阵列尺寸到320×320像素,采样点数目为32320×32320。 :oYz=c  
 在优化的帮助下,可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 PLkwtDi+&  
e#+u8LrN  
_DlX F  
8. 总结
Hz*5ZIw  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _XO3ml\x@  
_{]\} =@  
第1步 S[2uez`  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 *v' d1.Z  
-|"[S"e  
第2步 -&Cb^$.-x  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ]d4`PXI  
扩展阅读 #GJ{@C3H8Q  
扩展阅读 5Hli@:B2s  
 开始视频 ko2T9NI:S  
-    光路图介绍 d3m!34ml  
 该应用示例相关文件: ,v#F6xv8  
-     SLM.0001:用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 _6tir'z  
-     SLM.0003: 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
4dEfXrMf  
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