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)
F?B=:8,}
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应用示例简述 Q)>'fZ)
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1. 系统细节 n&]w* (,
 光源 fm0(
— 高斯光束 %u}sVRJ
 组件 ;Y\,2b, xh
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 0^[6
 探测器 ;[9Is\
— 视觉感知的仿真 m##=iB|;
— 电磁场分布 sXxO{aeev
 建模/设计 |xm|Q(PG
— 场追迹： iE(grI3
 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。 rRYf.~UH@P
t^hkGYj!2
2. 系统说明 SO/]d70HG

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3. 模拟 & 设计结果 $Stu-l1e a

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4. 总结 -e>)yM `i
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考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 }c%y0)fL
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第1步 *\", qMp
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%6{P
99K+7G\{
第2步 R:N-y."La.
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 _+iz?|U
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产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 HU9y{H
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应用示例详细内容 (+dRD]|T
@U@yIv
系统参数 >N-%
mC92J@m/L!
1. 该应用实例的内容 QaR.8/xV

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2. 设计&仿真任务 rrYp^xLa`
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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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3. 参数：输入近乎平行的激光束 tYZGf xj

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4. 参数：SLM像素阵列 ^1=|(Z/

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5. 参数：SLM像素阵列 }c ;um

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应用示例详细内容 9t.yP;j\Y
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仿真&结果 #l#[\6
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1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM -Jo :+].
 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)。 t<,p-TM]
 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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2. VirtualLab的SLM模块 w*%$ lhp!
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GY]6#>D#7
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 DN':-PK
 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。 YzW7;U S
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3. SLM的光学功能 nvo1+W(%
p6*a1^lU6
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 %%cSvPcz
 为此，将区域填充因子设置为60%。 'O2#1SWe
 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。 PJ'lZu8?x

tW"ptU^9)
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ([dL:Fb
w<>6>w@GZ
 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。 tr9Y1vxo{

y{Y+2}Dv/
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd _JJKbi
I5yd )72
4. 对比：光栅的光学功能 s/vOxGc
 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。 R|J>8AL}BY
 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。 e$+f~~K
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 fMEv85@JL
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 w[7.@%^[
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 3p 1EScH
G<-9U}~76
maUHjI 5A-
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd (<R\
W;oU +z^t$
5. 有间隔SLM的光学功能 pebx#}]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。 *tfDXQ^mN

T~~[a|bLa
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 1;:t~Y
|8qK%n f}
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 M|5]#2J_2

m7wc)"`t
{_toh/8)r
6. 减少计算工作量 +V);'"L

.1}rzh}8

R-A'v&=
采样要求： |Iok(0V
 至少1个点的间隔(每边)。 L>~@9a\jO
 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。 '6.>Wdd
*0&4mi8
采样要求： h%1~v$W`
 同样，至少1个点的间隔。 ]o[X+;Tj|
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 eC^0I78x
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 8>VI$
SGBVR^
 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。 [}p
 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。 hViprhC
 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)。 N(_ .N6
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Q k;Kn

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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。
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7. 指定区域填充因子的仿真 esh$*)1
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 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 k_K,J6_)
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 ovQS ET18b
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ~}$\B^z+
 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)。 9QC"Od9H

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8. 总结 1#>&p%P!
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 N#RD:"RS!
9raHSzK@d
第1步 ^o $W
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。 $ DDSN
d s|8lz,
第2步 ~A[YnJYA#
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 FX|0R#4vm
扩展阅读 P[rAJJN/E
扩展阅读 Pn'`Q S?
 开始视频 /'&.aGW4%
-    光路图介绍 9Eq^B9(
 该应用示例相关文件： qa 6=W
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 YW8K $W
-     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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