空间光调制器像素处光衍射的仿真

X!m/I i$q
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
UU_k"D~
空间光调制器(SLM.0002 v1.1)
<_+8c{G
.3[YOM7h
应用示例简述 F n\)*; ^
jm!G@k6TA
1. 系统细节 li'#< "R?'
 光源 6gv.n
— 高斯光束 8p5u1 ;2
 组件 [30< 0
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 X- zg
 探测器 Gc>\L3u
— 视觉感知的仿真 3Cpix,Dc
— 电磁场分布 VGSe<6Hh
 建模/设计 9%x[z%06
— 场追迹： pJqayzV
 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。 qYE-z(i
~ 60J
2. 系统说明 f@ySTz;u

rHMsA|xz6
]p~XTZgW
3. 模拟 & 设计结果 P/27+5(|

Es?~Dd
4. 总结 )ZT&V I
TygRG+G-
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 h5F1mr1Sa
`jP6;i
第1步 2lQ'rnqS)
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。 Zcc6E2
*'Ch(c:rtH
第2步 bY#>
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,#<"VU2bC
<.Pr+g
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 1<lLE1fk
J|s4c`=
应用示例详细内容 KnlVZn[3t
U|,VH-#
系统参数 3dXyKi
" 4s,a
1. 该应用实例的内容 fuQ?@F

>zXw4=J
Ry,jPw5<
2. 设计&仿真任务 =8[HC}s|$
2OEOb,`
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。
ky,+xq
g!4"3Dtdg
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Krz[ f

nsYS0
K5b8lc
4. 参数：SLM像素阵列 koe&7\ _@

oMcX{v^"
BH\qm (X
5. 参数：SLM像素阵列 f:e~ystm

(eHvp
4u A;--j
应用示例详细内容 6MF%$K3
eo"6 \3z
仿真&结果 5WY..60K,
9J*m!-hOY
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ^KmyB6Yg
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 u[y>DPPx
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。
Bx2E9/S3
}wz )"
2. VirtualLab的SLM模块 u.R:/H<>~
3Cq17A 9
UEt#;e
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 W.{#Pg1Da
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 -_v[oqf$
&H<-joZ)Z\
3. SLM的光学功能 oljl&tuQy
(:-=XR9A`
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 n~k;9`
 为此，将区域填充因子设置为60%。 $U3s:VQ'
 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。 {^5r5GB=*

5Tkh6s
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd yD(0:g#
qK#\k@E
 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。 c(i-~_

ZI-)'
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd lhKd<Y"
>DpnIWn
4. 对比：光栅的光学功能 e=QnGT*b5
 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。 Jx(%t<2
 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。 #P<v[O/rA
 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)。 \,oT(p4N%M
 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。 iE0A-;:5
 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。 [?yOJU%`
#Q"el3P+q
qJKD|=_
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd P10`X&
Cir==7A0
5. 有间隔SLM的光学功能 V.>'\b/#
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。 LEKN%2

/k l0(='
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ~W_m<#K(
Q9]7.^l
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 2(Vm0E

]@)X3}"!
`[2nxP>w`
6. 减少计算工作量 pg;agtI

D/"[/!

]+{Cy\*kR
采样要求： H_3S#.
 至少1个点的间隔(每边)。 Q+[gGe JUF
 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。 ;Z%ysLA
?TLMoqmXM{
采样要求： =(3Qbb1i
 同样，至少1个点的间隔。 #db8ur3?
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 dc|"34;^"
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 mTwz&N\
^8a,gA8.
 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。 t:9}~%~
 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。 g>CF|Wj
 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)。 2kp.Ljt@
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 9N:Bu'j&/

=\eM -"r
kS%FV;9>(

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。
Ola>] 0l
QS4sSua
7. 指定区域填充因子的仿真 hbD@B.PD
hHm&u^xY
 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。 s*>s;S?{|
 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。 *RD9gIze
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 G^ZL,{
 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^Df

,2qJXMg"=$
y{0`+/\`
8. 总结 |CexP^;!U
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 5?&k? v@
bc}U &X<
第1步 Xp[[ xV|
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。 /JaH
tx;MH5s/V
第2步 Cg?D<l4
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 |"8Az0[!
扩展阅读 |FHeT*"
扩展阅读 gYn1-/Z>I
 开始视频 rRRiqmq
-    光路图介绍 hPE#l?H@A
 该应用示例相关文件： 9x0B9&
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 @NWjYHM[`
-     SLM.0003：一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究

查看本帖完整版本: [-- 空间光调制器像素处光衍射的仿真 --] [-- top --]