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
d&fENnt?h
空间光调制器(SLM.0002 v1.1)
sU`#d
@a~K#Bvlm
应用示例简述 PBUc9/
F2u{Wzr_@
1. 系统细节 1.uyu
 光源 N=wB1gJ
— 高斯光束 l-mUc1.S
 组件 rlds-j''
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ^PDa
 探测器 u^`B#b'
— 视觉感知的仿真 v/kYyz
— 电磁场分布 R4o_zwWgPw
 建模/设计 7~IAgjo,@
— 场追迹： Kp"o0fh<9
 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。 ]-O:|q>]
EZ$m4:{e
2. 系统说明 <@?bYp

F`3I~(
5r.{vQ
3. 模拟 & 设计结果 kweypIB

<5nz:B/
4. 总结 )37|rB E
Y+D#Dv |
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 iR_X,&p
GI/g@RV
第1步 +VTMa9d
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。 _xbVAI4
En[cg
第2步 <%|2yPb]
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 3.8d"
D@!#79:)
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ^Zg"`&E
zX)uC<
应用示例详细内容 HQ]g{JVld\
@k6>&PS
系统参数 rtOXK4)]I
kMUjSa~\
1. 该应用实例的内容 ?-6oh~W<

HogT#BMs
kMK-E<g
2. 设计&仿真任务 /S]<MS
<zrGPwk
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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G!wFG-Y}
3. 参数：输入近乎平行的激光束 JEj.D=@[

$yG=exh3v
0p8(Q
4. 参数：SLM像素阵列 ?&"-y)FG

hbn2(e;FZ
dZ_Hj X7
5. 参数：SLM像素阵列 ?oP<sGp

`N$<]i]s5
,|}Pof=]xk
应用示例详细内容 PY~cu@'k{
iE>T5XV8$B
仿真&结果 A[^fG_l4
~Sh8. ++}
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ]Z6==+mCP
 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)。 <w<&,xM
 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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BlMc<k
2. VirtualLab的SLM模块 dy`K5lC@
r,aV11{
.r$d 8J
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 SCZtHEl9
 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。 qE!.C}L+
^pIT,|myY7
3. SLM的光学功能 @LqLtr@A
"'~55bG
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 @.@O#
 为此，将区域填充因子设置为60%。 :OQx;>'
 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。 E:!?A@Fy

oYI7 .w
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd *\L\Bzm
5Z@OgR
 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。 *`7cvt5]IM

1#/>[B
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd $GB/}$fd&
~QQi{92
4. 对比：光栅的光学功能 *#\da]"{
 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。 ;%{REa
 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。 5R"iF+p4
 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)。 2M1}`H\
 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。 GAI(=
 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。 f_I6g uDPz
YEqZ((H
)!+~q!A
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ?H3Ls~R
^M_0M
5. 有间隔SLM的光学功能 1CXO=Q
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。 `o4alK\

mO%F {'
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd .W>LEz'
%PW_v~sg
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 W:VRLT>w>

Hwiw:lPq`E
,}?x!3
6. 减少计算工作量 D;nm~O%

J$"3w,O6+U

ny'?Hl'Q
采样要求： j%%& G$Tfu
 至少1个点的间隔(每边)。 p(vmMWR!
 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。 )jc`_{PQg
&BxDS .
采样要求： <MdIQ;I8
 同样，至少1个点的间隔。 ]l/ PyX
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 :k&R]bc9
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 0;6eSmF
GP<PU
 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。 }Y9= 3X
 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。 !W2dMD/
 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)。 (t[sSl
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 FglW|Hwy

(+aU,EQ
aq,Ab~V]

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。
rHngYcjR
[0>I6Jl
7. 指定区域填充因子的仿真 m!#'4
ykMdH:
 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。 X?f\j"v
 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。 }%)]b*3
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 mZ_643|
 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)。 \k 9EimT}

{(#2G,
?2q4dx0
8. 总结 ^GL>xlZ(
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 hlKM4JT\
r{mj[N'@
第1步 :d)y
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。 xky +"
N1!O8"Q|*3
第2步 Gv\39+9=
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Lqa|9|!
扩展阅读 yor6h@F1
扩展阅读 Q h~
 开始视频 omu)s '8
-    光路图介绍 6Cj$x.-K
 该应用示例相关文件： (baBi9<P=
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 vCX 54
-     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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