空间光调制器像素处光衍射的仿真

ib{-A&   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

JRo?s~Ih   空间光调制器(SLM.0002 v1.1) iY"l }.7)   0cK{   应用示例简述 -46C!6a   sVG(N.y   1. 系统细节 2{|h8oz    光源 fd-q3_f   — 高斯光束 {43>m)8+    组件 GFr|E 8   — 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 S26MDLk`R3    探测器 s(X;Eha   — 视觉感知的仿真 P ;IrBq6|o   — 电磁场分布 Reatdh    建模/设计 a7N!B'y   — 场追迹： q.,JVGMS    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。 `{qG1   @v}/zS   2. 系统说明 8\:NMP8W\   /cU<hApK   0}_[DAd6   3. 模拟 & 设计结果  E[Cb|E   c("_bOAT   4. 总结 Qxj JN^Q   zOQ>d|p?X   考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 KtNY_&xd   9k{P BAP   第1步 w*R$o   将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 itC-4^   rtc9wu   第2步 n=[/Z!   分析不同区域填充因子的对性能的影响。 }iuWAFZbGS   iX)%Q   产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 hdrm!aBd   R?]02Q   应用示例详细内容 1dK*y'rx   > y,-v :Vy   系统参数 eH{[C*   7Hs%Cc"   1. 该应用实例的内容 Cg(Y&Gxf.   z*-2.}&U<   b9!FC$^J   2. 设计&仿真任务 6fw(T.Pe   0\eIQp   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。 <~WsD)=$   |j7,Mu+   3. 参数：输入近乎平行的激光束 AB4(+S*LA   =uS9JU^E   @H=:)*;   4. 参数：SLM像素阵列 Ft r5k^!   vd[0X;   i*Z"Me   5. 参数：SLM像素阵列 % yw?s0   76`8=!]R   Q637N|01   应用示例详细内容 ;XBI{CW   T \_]^]>   仿真&结果 3eF-8Z(f   OOo3G~2r   1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM #~ )IJ    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)。 X"fb;sGT    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。 $6 9oV:   ax<?GjpM   2. VirtualLab的SLM模块 ATK_DEAu   9J2NH|]c   rp;b" q    为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 V)[@98T_4?    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。 0E3[N:s   v wxXgk   3. SLM的光学功能 $adbCY\   md"!33 @    在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 a m|F?|1    为此，将区域填充因子设置为60%。 JPoN&BTCj    首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 <4HDZ{"M   f}9zgWU   所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ?j"KV_   PoxK{Y    此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 e?8HgiP-   4b98KsYg   所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 6">+ ~ G   xHD=\,{ig   4. 对比：光栅的光学功能 }&wUr>=    上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 %H]ptH5    所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 +%ee8|\    通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 n[lJLm^(_C    级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 hEKf6#    这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 u>2 l7PA|   iOW#>66d   5kCUaP u   所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd E87Ww,z8   e4?>-   5. 有间隔SLM的光学功能 H9YW   现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 l1BtI_7p   t/VD31   所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ~?dNd   ,(EO'T[   下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 n*[XR`r}   >0ow7Uw;   fF7bBE)L/|   6. 减少计算工作量 X=5xh   Ya3C#=   :~Wrf8UQ   采样要求： K,+LG7ec    至少1个点的间隔(每边)。 &$`P,i 1)    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。 \LR~r%(rM   3@dL/x4A   采样要求： ,JAx ?Xb    同样，至少1个点的间隔。 VVac:    假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 itBwCIjG    随填充因子的增大，采样迅速增加。 /Z'L^L %R   42G)~lun-d    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。 g jDh?I    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。 JtYP E?    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)。 s4A43i'g!h    通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 YIoQL}pX   mF*2#]%dx   7puFz4+f   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。 m$}R%    P5a4ze   7. 指定区域填充因子的仿真 Ql/cN%^j$   EofymAi%    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。 ZSjMH .Ij"    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。 /uPcXq:L~    因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 :61Tun    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)。 #5cEV'm;   JEXy%hl   +b0eE)   8. 总结 \?[v{WP)   考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 O#:$^#j&   Q sZx) bO   第1步 `Q|*1   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。 6& e3Nt   \KMToN&2   第2步 adCU61t   分析不同区域填充因子的对性能的影响。 `q }I"iS   扩展阅读 _<k\FU r   扩展阅读 Cn'(<bl    开始视频 Xe6w|   -    光路图介绍 .k,1f*%    该应用示例相关文件： $?Yry.2   -     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 0 HGM4[)=   -     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究