空间光调制器像素处光衍射的仿真

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空间光调制器像素处光衍射的仿真
时间:2016-11-24 20:12来源:未知作者: infotek点击:次打印
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空间光调制器(SLM.0002 v1.1)
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应用示例简述 X={Z5Xxr"
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1. 系统细节 +B#+'
 光源 0~( f<:
— 高斯光束 T P#Hq
 组件 ?#]wxH,
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 tOT(!yz
 探测器 7AouiL 2-W
— 视觉感知的仿真 Mep ct
— 电磁场分布 c80!Ub@
 建模/设计 k[<Uxh%
— 场追迹： JC#M,j2
 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。 2T&n6t$p
zg+6< .Sf
2. 系统说明 )z=L^ot

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3. 模拟 & 设计结果 1n-+IR"

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4. 总结 ^X\SwgD2w
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考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 EZb_8<DH
(Rs052m1
第1步 LZ-&qh
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。 NR9=V
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第2步 6*r#m%|
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ;,7/>Vt
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产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 b-Xc6f
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应用示例详细内容 Je &O
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系统参数 /+JHnedK
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1. 该应用实例的内容 4qvE2W}&

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2. 设计&仿真任务 `:#IZ
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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。
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3. 参数：输入近乎平行的激光束 }BN!Xa

C.N#y`g
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4. 参数：SLM像素阵列 ]@wKm1%v

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5. 参数：SLM像素阵列 \ Dccf_(Pb

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应用示例详细内容 E x)fXQ+
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仿真&结果 4`zK`bRcK#
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1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM &1Cif$Y4w
 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)。 kps}i~Jb
 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。
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K)N'~jCG
2. VirtualLab的SLM模块 B1 Y
j^6,V\;l
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 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 awU&{<,=g
 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。 E>isl"
]Wg&r Y0
3. SLM的光学功能 ',m!L@7M5
WGA"e
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 +HkEbR'G0
 为此，将区域填充因子设置为60%。 -58Sb"f
 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。 w:h([q4X

TH>7XK<90M
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd &1FyauH
;U[W $w[
 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。 PM^Xh*~

UFGUP]J>
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ZLlAK?N
d$B+xW
4. 对比：光栅的光学功能 &xE+PfX
 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。 4|h>.^
 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。 AsO)BeUD
 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)。 9S/X,|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。 F@<^
 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。 1 &-%<o
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cpu|tK.t
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ZmaGp* Wj
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5. 有间隔SLM的光学功能 0,1)Sg*
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。 Cig!3

H,Yrk(O-
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd CZ.HQc
HE@P<
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 iJb-F*_y

jygKw+C
Gdv{SCV
6. 减少计算工作量 8V@\$4@b!#

LX</xI08W

FF~VV<a
采样要求： xV.UM8
 至少1个点的间隔(每边)。 EfqC_,J*3
 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。 >K*TgG6!X
Rf TG 5E)
采样要求： ;Swj`'7
 同样，至少1个点的间隔。 } QpyU%
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 7-MyiCt
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 VWW(=j
]69z-;
 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。 no9=K4h`
 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。 Ns6CxE9
 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)。 9M7Wlx2
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 \ mg

G\#dMCk?
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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。
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#Ti5G"C
7. 指定区域填充因子的仿真 /Y8{?
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 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。 ni-4~k
 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。 M7c53fz
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 =po5Q6@i
 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)。 [t"#4[

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"tz`@3,5dN
8. 总结 Xagz(tm/
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 zfK3$|
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第1步 tNYCyw{K
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。 >/7[HhBT
85#+_}#
第2步 >:P-3#e*
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 3`{[T17
扩展阅读 j]
扩展阅读 +A<7:`sO
 开始视频 e@L?jBj8m
-    光路图介绍 o_?A^u
 该应用示例相关文件： M][Zu[\*
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Z'_EX7r
-     SLM.0003：一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究

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