[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) O9N+<s
U=X  
;Zn&Nc7  
应用示例简述 PF+Or  
6o*'Q8h  
1. 系统细节 \tCK7sBn  
 光源 .')^4\  
— 高斯光束 fA=Lb^,M  
 组件 ID,os_ T=  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 qOa*JA`  
 探测器 w{N8Y~O  
— 视觉感知的仿真 9fOE.  
— 电磁场分布 LLMGs: [  
 建模/设计 }G!'SZ$F 5  
— 场追迹： %Z8pPH~T  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 ?v'CuWS  
CIRMAX  
2. 系统说明 7Q,<h8N\5  
@moaa}1  
D&]xKx  
3. 模拟 & 设计结果 uLNOhgSUf  
k0TQFx.A  
4. 总结 &3)6WD?:U  
=l6WO*  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 1`l(H4  
/q/^B>]  
第1步 rA@|nL{  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 qoW$Iw*q)B  
?}EWfs
A  
第2步 P]L%$!g  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 \Rha7O  
J%fJF//U  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 -w'g0/fD  
)*7{%Ilq  
应用示例详细内容 SCfk!GBVD  
?zVcP=p@  
系统参数 8v)HTD/C  
@Y+kg  
1. 该应用实例的内容 ]{I>HA5[  
U@(8)[?nxn  
%{me<\(  
2. 设计&仿真任务 tA9Ew{3s  
 }"q#"s  
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。 >!c Ff$2'  
!A14\  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Dhk$
e  
MR,A{X  
.dvs&+I  
4. 参数：SLM像素阵列 ZT,auSX  
0t*PQ%  
8-smL^~%#  
5. 参数：SLM像素阵列 PI8ag  
)a+bH</'  
h,]lN'JG{  
应用示例详细内容 .RS  
v~p?YYOm<  
仿真&结果 UA#=K+2  
Eh"Y<]$  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM .li)k[] ts  
 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)。 g26 l:1P  
 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。 AAF;M}le,  
2"o<>d  
2. VirtualLab的SLM模块 YG>E
op  

IEfm>N-]  
Ysi@wK-LnF  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 dO-Zj#%7z8  
 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。 9(bbV5}  
G)""^YB-  
3. SLM的光学功能 9AD0|,g  
h5^W
e"}+  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 q@4Cw&AI+  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 J.0&gP V  
 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。 N0ZD+  
R!rMrWX  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd U/7jK40  
A\ tBmL_s  
 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。 O[=W%2I!i  
>PG
sY[N  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd qz!^< M  
26j-1c!NGd  
4. 对比：光栅的光学功能 ~Oi.bP<
,  
 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;Nv  
 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。 1+tPd
7U  
 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)。 *Ym+xu
_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。 hiWs:Yq  
 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。 %<h2^H\O  
gOaK7A  
zaE!=-U  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd **ls 4CE<  
\,`iu=YZv  
5. 有间隔SLM的光学功能 
5%DHF-W)  
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。 u5,vchZ  
X)8Edw[?N3  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd >DW%i\k1V~  
t9_&n.z  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 tTJ$tx  
"2I{T  
=1mIk0H`  
6. 减少计算工作量 };cH5bYF  
D6EqJ,~  
采样要求： D,s[{RW+q  
 至少1个点的间隔(每边)。 u 0 K1n_  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 1mx;b)4t  
EFs\zWF  
采样要求： QmsS,Zljo  
 同样，至少1个点的间隔。 _%aT3C}k  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 {|Fn<&G  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ^ =H 10A  
SN#N$] y5s  
 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。 BagV\\#v4  
 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。 )KYU[  
 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)。 9cMMkOM J  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 *0 ;|  
YMn=9EUp  
@OC*:?!4  
QFEc?sEe  
A2B]E,JMp  
7. 指定区域填充因子的仿真 zc>LwX}<  
cHwN=mg]S  
 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。 75']fFO@!  
 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。 =5h,ZB2A  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 4rNuAK`2  
 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)。 e73zpF  
rVnolA*%  
DZ5h<1  
8. 总结 a3BlydSlf  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0"`|f0}c  
`I5So-^&z  
第1步 *&W1|Qkg_  
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。 iIg99c7/&9  
@]%cUjQ  
第2步 U6_GEBz~y  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Za
1VJ5-  
扩展阅读 y~
+U(-&.  
扩展阅读 luO4ap]*  
 开始视频 Hp3T2|uL  
-    光路图介绍 %XZdz=B  
 该应用示例相关文件： *lp{,  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ~g;lVj,N'  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ,wk %)^  
h)yAge  
ldWr-  
QQ：2987619807 c(!{_+q"  

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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 VXtW{*{"  
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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 Ad:)5R o  
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