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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gp{P _
应用示例简述 R ta_\Aj!
#M[Cq= 2
1. 系统细节 \ $9n `
 光源 } /Iw]!lK2
— 高斯光束 VK4"
 组件 ~BI! l
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ,76nDXy`
 探测器 {+QQ<)l^tJ
— 视觉感知的仿真 X^0jS
— 电磁场分布 e=Kr>~q=
 建模/设计 @eDL j}
— 场追迹： ."v&?o Ck]
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 f6HDfJmE
QlxlT$o}
2. 系统说明 umiD2BRZ

b@[5xv\J
X@B,w_b
3. 模拟 & 设计结果 MWc{7,

*_yp]z"
4. 总结 2) A$bx
+)d7SWO6]!
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 W&a<Q)o*I
( e(<4-&
第1步 Dr"F5Wbg
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 nHL(v
.aR$ou,7
第2步 8,(5Q
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 rwdj
8c'E
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 nF|m*_DW
Ucok&)7-
应用示例详细内容 b*qC
o//PlG~
系统参数 t)~v5vr
~ +z'pK~c
1. 该应用实例的内容 dCMWv~>

qdVExO&
c7N`W}BZ
2. 设计&仿真任务 V?Zvu9b&
>@d=\Kyu
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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X<"W@
3. 参数：输入近乎平行的激光束 c=HL 6v<

)<jT;cT!&
u7<s_M3%N
4. 参数：SLM像素阵列 [&FWR

<)(STo
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5. 参数：SLM像素阵列 ojd/%@+u+Y

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]"M4fA
应用示例详细内容 H\<C@OkJS}
%@jv\J
仿真&结果 } Pc6_#
';!02=-@
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM '4qi^$|\
 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)。 "I]% aK0
 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。
< F Cr L
aKC3T-
2. VirtualLab的SLM模块 asI:J/%+2
n2H2G_-L[
=X2EF
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ]7^YPFc+
 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。 8ESBui3;
@cF aYI
3. SLM的光学功能 PTvP;
D|n`9yv a
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 /Et:',D
 为此，将区域填充因子设置为60%。 T{j&w%(z
 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。 iffRGnN^e

_A\c 6#
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd E-irB/0
xFS`#1
 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。 z6R<*$4

4jrY3gyBX
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd YXa^jFp
*,o)`
4. 对比：光栅的光学功能 #x&1kHu<
 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。 [ua{qJ9
 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。 OY6lt.t
 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)。 (a1s~
 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。 hun/H4f|
 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。 Y]nY.5irL
o$YL\ <qp
/W/ =OPe
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd @QMMtfeLj
dM7-,9Vc
5. 有间隔SLM的光学功能 (_E<?
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。 r/fLm8+

6546"sU
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd &}%3yrU
z}N=Oe
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 -mG3#88*

j#0@%d
Hc4]2pf
6. 减少计算工作量 Ah28D!Gor

D'#Wc#b

Bi)1*
采样要求： do%6P^qA
 至少1个点的间隔(每边)。 'cT R<LVo
 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。 FU~ Ip
7\K=8G
采样要求： &jf:7y
 同样，至少1个点的间隔。 e&E""ye
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 U*=ebZno
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Lu6!W
S=ebht=
 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。 *K'(t
 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。 ;2-,Xzz8
 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)。 0S;H`w_S
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 TB4|dj-%

J O`S
z'JtH^^Z

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 [&y{z-D>
JVFn=Mw
 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。 Qq(/TA0$-
 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。 xf?*fm?m
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 sME3s-
 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)。 lh&Q{t(+8

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#7+oM8b
8. 总结 xg k~y,F
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 f3]Z22Yq
J84Q|E
第1步 g>A*kY
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。 \vXo~_-&
f+j\,LJ
第2步 t{| KL<d]
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Q-_&5/G
扩展阅读 Jc"xH~,
扩展阅读 (4LXoNT
 开始视频 YN#i^(
-    光路图介绍 eYMp@Cx
 该应用示例相关文件： T$)&8"Xya
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 |TatRB3>
-     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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