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)
61|uvTX
>hqev-
应用示例简述 40TS=evG
_ndc^OG
1. 系统细节 qfp,5@p
 光源 VwfeaDJw
— 高斯光束 H/8H`9S$
 组件 :s8^nEK
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ; MU8@?yN
 探测器 uC{qaMQ
— 视觉感知的仿真 VOc_7q_=
— 电磁场分布 @Qw~z0PE<l
 建模/设计 8:9m< ^4S(
— 场追迹： [J0f:&7\
 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。 @c&}\#;
8bQ\7jb
2. 系统说明 @<]sW*s

D$C>ZF
NQQ+l0txI
3. 模拟 & 设计结果 z~[:@mGl

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4. 总结 p=F!)TnJN
sywSvnPuYZ
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 o+UCu`7e
*v1M^grKd
第1步 IXE`MLc
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。 VyQ@. Lm
>*jcXao^
第2步 ~)5NX 4Po
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 bI~ R6o
uw'>tb@
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 "B18|#v
)8`7i{F
应用示例详细内容 0$RZ~
l=EnK"aU
系统参数 aYTVYg
8 xfn$
1. 该应用实例的内容 >R9Q|

0,~f"Dyqy
a7?z{ssEi
2. 设计&仿真任务 0,1x- yD
F@m]Imn5Dx
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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Q-A:0F&{t
3. 参数：输入近乎平行的激光束 yVF1*#"

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L`sg60z
4. 参数：SLM像素阵列 Be~__pd

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5. 参数：SLM像素阵列 b&q!uFP

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应用示例详细内容 g.L~Z1-
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仿真&结果 12{F
X#;n Gq)5
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 9jwcO)p^
 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)。 c@SNbY4}%
 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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O}#Ic$38
2. VirtualLab的SLM模块 ALcin))+B
;Dh\2! sr
7j,-o
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 1omjP`]|,
 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。 -DVoO2|Dv
Lzr&Q(mL
3. SLM的光学功能 e>F i
b#uNdq3
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 |}^me7C,[
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ar&j1""
 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!/\dqjv

T]er_n
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd J&P{7a
<x!q!;
 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。 7pllzy

1iA0+Ex(j
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ;s*
9f(0 qa
4. 对比：光栅的光学功能 HZASIsl
 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。 ?g{--'L
 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。 L/J1;
 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)。 k kZ2Jxvx
 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。 [c^!;YBp)
 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。 /EIQMZuYp
]!c59%f=
7`s* {
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd C33BP}c]
x5w5xw
5. 有间隔SLM的光学功能 x/fhlf}a}=
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。 qw?Wi%t(x8

GyC/39<P
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd TS_5R>R3
k!Ym<RD%N
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 |2Vhj<6

c>|1%}"?
]8n*fo2#
6. 减少计算工作量 P,Z K

4,,@o

H]P*!q`Ko
采样要求： 4Wd H!z
 至少1个点的间隔(每边)。 t!8(IR
 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。 vh$If0
/~(T[\E<
采样要求： ~xa yGk
 同样，至少1个点的间隔。 l`bl^~xRo
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ;tJ}*!z W
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 >]L\Bw
I[6ft_*
 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。 A'tv[Td8,
 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。 .9u0WP95
 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)。 |EGC1x]j=
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Zt"#'1

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KqL+R$??"(

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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7. 指定区域填充因子的仿真 qEvbKy}
c W1`[b
 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。 34 '[O
 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。 zH13~\
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 A-eRL`
 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)。 { v [

Lp7h'|]u
O[|_~v:^
8. 总结 ;=UkTn}N?l
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ZBkbr
S"cim\9xP
第1步 }Ip1|Gj
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。 BMo2t'L
Rb_%vOM
第2步 fB)S:f|
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 tZ.hSDH
扩展阅读 h+!@`c>)Y
扩展阅读 -l~+cI\2
 开始视频 X%98k'h.y
-    光路图介绍 OJ1MV7&
 该应用示例相关文件： lt("yqBu
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Q-?6o
-     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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