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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^1M:wXr
应用示例简述 <;:M:{RZY
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1. 系统细节 'u$e2^
 光源 xt@zP)6G
— 高斯光束 |a#4
 组件 ++-\^'&1
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 2-i>ymoOS
 探测器 =h^cfyj
— 视觉感知的仿真 x|G#oG)_
— 电磁场分布 -crKBy
 建模/设计 KFBo1^9N
— 场追迹： Pp1HOJYJp0
 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。 f_X]2in
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2. 系统说明 #*;(%\q}

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3. 模拟 & 设计结果 ]L4B

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4. 总结 dIe-z7x
TjGe8L:
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 $QmP' <
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第1步 S/& _
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 A@#9X'C$^
a02;Zl
第2步 e&?o
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 0PD]#.+
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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。 7%L%dyN
Oz!#);v
应用示例详细内容 9*2A}dH
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系统参数 4;WeB
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1. 该应用实例的内容 l~Je]Qt

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2. 设计&仿真任务 Z{7lyEzBg
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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 o&)O&bNJ

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4. 参数：SLM像素阵列 !tBNA

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5. 参数：SLM像素阵列 My0h9'K

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应用示例详细内容 iX qB-4"
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仿真&结果 9B")/Hz_
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1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM LivPk`[
 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)。 ork/:y9*y
 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。
V`?2g_4N
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2. VirtualLab的SLM模块 4 F~e3
6rP[*0[
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 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 N#'+p5|>
 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。 Y ::\;s
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3. SLM的光学功能 5"Q3,4f
DG}YQr.L
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 2GQq(_
 为此，将区域填充因子设置为60%。 b;K>Q!(|
 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。 FU/yJy

d)`XG cx{=
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd uZ][#[u
~Fv&z'R
 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。 sL|lfc'bB

g=.~_&O
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd pisjfNT`o
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4. 对比：光栅的光学功能 I9P<!#q>
 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。 *F/uAI^)
 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。 dk~h
 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)。 }r^@Xh
 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。 'bp*hqG[
 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。 r(NfVQF
CZyOAoc<
(v(!l=3
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 2f(5C*~
l4u@0;6P
5. 有间隔SLM的光学功能 &RP!9{F<
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。 Q>f^*FyOw<

q#wg2
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ;Vc@]6Ck
5g ,u\`
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 6He7A@Eh

(x,w/1
%0T/>:1[E
6. 减少计算工作量 GczGW4\P'

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采样要求： 33x3zEUt6
 至少1个点的间隔(每边)。 Kd^{~Wlz&z
 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。 b<v\
a6=mE?JTB
采样要求： Rro|P_
 同样，至少1个点的间隔。 =$601r
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 X.<_TBos|
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 2f\;#-
e"(l
 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。 |qbCmsY5/
 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。 HH+R47%*
 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)。 = aSHb[hO
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 cC w,b]

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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 4S|! iOY
'JY*K:-
 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。 fVv#|
 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。 G3&ES3L
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 9PhdoREb
 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)。 P;0tI;

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8. 总结 hKjvD.6]%
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 U~Aw=h5SD
*)"U5A/v)
第1步 Yu=4j9e_mG
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。 L^rtypkJ
~J!a?]
第2步 6~GaFmW=
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 :Bp{yUgi@
扩展阅读 lGqwB,K$z4
扩展阅读 mtuq
 开始视频 Malt7M
-    光路图介绍 g.aNITjP
 该应用示例相关文件： OqUEj 0X
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 r:K)Q@
-     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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