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 2R[v*i^S
b=,BLe\
1. 系统细节 `tkoS
 光源 c*;oR$VW
— 高斯光束 Mu\V3`j
 组件 yQ$irS?
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 S&_03
 探测器 Vu:ZG*^
— 视觉感知的仿真 CS7b3p!I
— 电磁场分布 *;fTiL
 建模/设计 sbW+vc
— 场追迹： ';tlV u
 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。 ?zW'Hi
nTeA=0 4
2. 系统说明 jHFjd'

>jW**F
&C9IR,&
3. 模拟 & 设计结果 B\J[O5},

_:r8UVAT.
4. 总结 (a[BvJf
]9oj,k
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 /5NWV#-
7=P)`@
第1步 JW 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。 OrkcY39"~a
h4hAzFQ.s
第2步 aTvyzr1
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 )Te\6qM
o?baiOkH
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 7{#p'.nc5
2{ F-@}=
应用示例详细内容 E`)e ;^
Wg|6{'a
系统参数 xWxHi6U(
E{,WpU
1. 该应用实例的内容 k79OMf<v

| .jWz.c
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2. 设计&仿真任务 L4po1
(JbRhcg
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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x1@,k=qrd
3. 参数：输入近乎平行的激光束 b `P6Ox3

f7&ni#^Ztj
RuHDAJ"&a
4. 参数：SLM像素阵列 G#7*O`

h4n~V:nNm
+L09^I
5. 参数：SLM像素阵列 02]HwsvZ

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AF:_&gF
应用示例详细内容 ;6V~yB
upMs yLp(
仿真&结果 [Q T ;~5
(#dR\Di
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM \#[DZOI~
 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)。 8$uq60JK
 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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M(>74(}]
2. VirtualLab的SLM模块 rO}1E<g (
Yup#aeXY/
xhALJfv
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 9"[,9HN
 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。 DcxT6[
f#c}}>V8
3. SLM的光学功能 gYt=_+-
`C4(C4u
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 BD"Dzq
 为此，将区域填充因子设置为60%。 D?BegF
 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。 P*k n}:

HDhkg-QC
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd IfH/~EtX
LDegJer-v
 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。 B/16EuH#

U>n[R/~]
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 7b~uU@L`
X[/7vSqZ@w
4. 对比：光栅的光学功能 WReHep
 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。 $\m:}\%p
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 ?jmL4V2-f
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 2a-]TVL3
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 )-I/ej^
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 PC5$TJnj3
Q0-gU+ig
rrC\4#H[??
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd )W_akUL
"uplk8iCJ
5. 有间隔SLM的光学功能 eSZ':p
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。 XnYX@p

MHp:".1
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd e6*,MnqBh
J<0sT=/2$
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 5ms]Wbh)

BW)@.!C
me@`;Q3
6. 减少计算工作量 "O# V/(

+b_[JP2

OGW3Pe0Z'
采样要求： ,5U[#6^
 至少1个点的间隔(每边)。 k"=*'
 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。 ;[4=?GL*
,+d8
采样要求： J>M9t%f@
 同样，至少1个点的间隔。 [zl4"|_`
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 'PrBa[%
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 hKg +A
b*tb$F
 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。 WNeBthq6
 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。 q`8 5-
 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)。 |oOAy
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Xn~\Vb

(:]+IjnE
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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。
E>/~:
4C?4M;
7. 指定区域填充因子的仿真 6pb~+=3n
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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。 -cJ,rrN_9
 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。 h=6D=6c
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 # bjK]+
 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)。 |aU8WRq

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8. 总结 _KtV`bF
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 }%c>Hh
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第1步 a;Pn.@NVq
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。 E`xpZ>$mPx
T12Zak4.=
第2步 EUh_`R
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 2( I4h[
扩展阅读 :+w6i_\d5
扩展阅读 ,cS_687o
 开始视频 pUqNB_
-    光路图介绍 v:Gy>&
 该应用示例相关文件： o7Z8O,;
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 - q(a~Ge
-     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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