[分享]空间光调制器像素处光衍射的仿真 [复制链接]

空间光调制器(SLM.0002 v1.1) B~[}E]WEK  
zcn> 4E)  
应用示例简述 -!p +^wC  
,};UD  W  
1. 系统细节 #osP"~{   
 光源 5)IJ|"]y  
— 高斯光束 $i:wS
= w'  
 组件 
b.Yl0Y  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ]HpKDb0+  
 探测器 `^mPq?f  
— 视觉感知的仿真 =\t%U5  
— 电磁场分布 |H.i$8_A  
 建模/设计 &}YJ"o[I  
— 场追迹： ~E]ct F  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 !9w;2Z]uum  
Jp'XZ]o\  
2. 系统说明 v,=[!=8!  
yu<'-)T.?  
88K=jo))b  
3. 模拟 & 设计结果 51,RbADB  
-uE2h[X|  
4. 总结 __F?iRrCM  
f{} zqCK  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 47GL[ofY  
%[l*:05  
第1步 V*$(Tt(  
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。 }qqE2;{ND  
zOkIPv52~  
第2步 S:\a&+og  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 j@j%)CCM  
6m=FWw3y  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 dBB;dN  
AGH7z  
应用示例详细内容 d]kP@flOV  
>z(AQ  
系统参数 )]\?Yyg]  
=p1aF/1$I  
1. 该应用实例的内容 # 1S*}Q<k  
c*5y8k  
Vy+%sG q"  
2. 设计&仿真任务 Z#2AK63/T  
POnI&y]
  
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。 Oq7R^t`b  
n@hf{hA[a  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 _fVC
\18T  
S%+$  
r35'U#VMk?  
4. 参数：SLM像素阵列 zW,Nv>Ac5  
0+i\j`O&  
BIFuQ?j3  
5. 参数：SLM像素阵列 wR x5` @  
?r`UBR+[  
:X?bWxOJ  
应用示例详细内容 2u(v hJ F5  
@V9qbr=Z  
仿真&结果 Ab"mX0n  
=:|fN3nJ2  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 1z4s1Y  
 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)。 |k # ~  
 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。 !Q`vOVSUD  
&$'=S
L(Z  
2. VirtualLab的SLM模块 k:+Bex$g  

LX i?FQnLu  
'G.^g}N1  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 l&]Wyaz@n  
 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。 b),_rr  
{29x5J  
3. SLM的光学功能 1pUIZ$@?`  
4z~%gt74O]  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 :+Pl~X"
_  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Ik92='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。 >%~E <  
!kPZuU`T  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd q=o"] 6  
xk1pZQ8c  
 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。 12NV  
-rEg(@S %  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 91Cg   
$] js0)>  
4. 对比：光栅的光学功能 STC'j1U  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 _` %z  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 vFKt=o$ g  
 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)。 uq}>5  
 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。 \Z +O9T%  
 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。 B!Ss 35<  
c'9-SY1'~  
(Ea)`'/  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd iNTw;ov  
+sTZ) 5vQ  
5. 有间隔SLM的光学功能 B:YUb{CJ  
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。 ;st$TVzkn  
K1P3 FfG  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd JsOu *9R  
c8o$WyO  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 qR WWG&  
D@Zb|EI%<  
. Q#X'j  
6. 减少计算工作量 Q%xvS,oI  
|JpLMUG  
采样要求： k$V.hG|6M  
 至少1个点的间隔(每边)。 Wr\rruH6  
 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。 mkfU fG&  
EDm,Y  
采样要求： sK#)wjj\^  
 同样，至少1个点的间隔。 htn"rY(  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 \78w1Rkl  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 |eEcEu?/b  
=H'7g6  
 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。 _084GK9{W  
 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。 zSYh\
g"  
 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)。 I_Q*uH.Y5  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 2:(h17So  
kf3yJ
P/  
'RIlyH~Yf  
9zj^\-FA_l  
z0;+.E!  
7. 指定区域填充因子的仿真 a0Y/,S*K  
#+2|ZfCn%  
 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。 q4XS E,  
 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。 >?b9Xh  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 WJG&`PP  
 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)。 d7xd"  
8
3*"58  
mdu5aL  
8. 总结 Z/ "jLfP  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Qrt[MJ+#  
p]d3F^*i  
第1步 VP4W~;UV|\  
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。 mQQ5>0^m  
jgLCs)=5hV  
第2步 ,q yp2Y7  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 90%alG1>y  
扩展阅读 )'{:4MX  
扩展阅读 `TBI{q[y  
 开始视频 6?U2Et  
-    光路图介绍 d#@N2  
 该应用示例相关文件： ,B>Rc#  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 :tu_@3bg-  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 \JBJ$lBL  
X<4h"W6  
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QQ：2987619807 eMf+b;~R  

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1.浅谈中国物理光电教学行业大趋势及面临问题 @9|sNS  
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2.空间光调制器在工业、教学领域的应用3.实物讲解空间光调制器 'j];tO6GfC  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）