[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)
GxC\Nj#  
YQD/vc~8G  
应用示例简述 yUO%
@;  
^gR~~t;@  
1. 系统细节 CJs ~!ww  
 光源 t -fmA?\  
— 高斯光束 && PZ;  
 组件 2+g'ul`  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 .NxskXq)  
 探测器 *O)i)["  
— 视觉感知的仿真 _u6MSRX[6$  
— 电磁场分布 =U8+1b  
 建模/设计 &0J8ICd=  
— 场追迹： 6BEDk!  
 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。 K*4ib/'E a  
U%;E:|  
2. 系统说明 J6rWe  
CteNJBm  
Bqb`WX[<`  
3. 模拟 & 设计结果 4nh0bIN1  
\0&$n  
4. 总结 "I{Lcn~!@  
U^qS[HM  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 PpF`0w=1%l  
>!tfvM2X{  
第1步 :2:%  
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。 hPCSAo!|  
vmo!  
第2步 NdXC8  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 y6MkaHW[m  
'UZ i>Ta  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 s
;]"LD@  
uX&h~qE/  
应用示例详细内容 W2M[w_~QE  
$Q,]2/o6n  
系统参数 Rz6kwh=q  
ApplWa3  
1. 该应用实例的内容 +"~*L,ken0  
F5M|QX@
-  
dX[Xe  
2. 设计&仿真任务 8H8Q
  
eiRVw5g  
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。 \nL@P6X  
IMpL+W.  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 QXEZ?gx  
|W&K@g$  
rL?{+S]&^)  
4. 参数：SLM像素阵列
#BZ5Mxzj  
yD8Qy+6L  
|It{L0=U  
5. 参数：SLM像素阵列 d(|4 +^>  
MiF( &#  
54RexB o  
应用示例详细内容 O<dCvH  
47A[-&y*X  
仿真&结果 =CCddLO  

r|/9'{!  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM h///
 
 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)。 6{fo.M?  
 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。 =eh!eZ9  
V|{~9^  
2. VirtualLab的SLM模块 qP=a
:R-  

2|`Mb~E;  
 BrZ17  
 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}#d^S/  
 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。 |O"Pb`V+  
RtDTcaW/  
3. SLM的光学功能 GW%!?mJ  
'kg~#cf/+  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 5p3:8G7  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 $%ww$3  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 v^[!NygShs  
&[yYgfs
p  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 2&AX_#P  
4e?cW&  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 ^nQJo"g\  
)]m4FC:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd [RTo[-ci2  
Z hCjY  
4. 对比：光栅的光学功能 ZOx;]D"s  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 Z1(!syg  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 1WY$Vs  
 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)。 X[?E{[@Z  
 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~ <jv  
 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。 LVL#qNIu  
ICTjUQP  
t6)R37  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd " ;\EU4R  
)k `+9}OO  
5. 有间隔SLM的光学功能 xz7CnW1  
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。 j1ap,<\.k  
*$mb~k^R  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd -}8r1jQH;  
X-j<fX_  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 7&V3f=aj6  
@Qqf4h  
Lr`Gyl62  
6. 减少计算工作量 NpA%7Q~B$,  
}UG<_bE|  
采样要求： Y)M-?|4  
 至少1个点的间隔(每边)。 Xxm7s S  
 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。 &Mz.i,Gh  
Prv=f@  
采样要求： :/}=s5aQl/  
 同样，至少1个点的间隔。 4k6:   
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 UK[+I]I p  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Yg1HvSw\  
8yuTT^  
 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。 CY!H)6k  
 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。 Jf@Xz7{z  
 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)。 obgO-d9l  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 LM!@LQAMY  
j?!/#'  
a]I~.$G   
f>?b2a2HX  
9a'}j#mJo  
7. 指定区域填充因子的仿真
:1#$p  
fs#9*<]m  
 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。 UXHtmi|_:  
 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。 1L3 $h0i  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 j<L!(6B  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 GbC JGqOR  
hCj8y.X|E(  
RggZ'.\  
8. 总结 H.[(`wi!I  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ,Fu
[o6x<^  
.5#+)] l  
第1步 :&s8G*  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 m2F+6G  
3C#Sr6  
第2步 [Lf8*U"  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 70nBC  
扩展阅读 Wtflw>-  
扩展阅读 \Oe8h#%  
 开始视频 d ?,wEfwp  
-    光路图介绍 =%;TVJk*a  
 该应用示例相关文件： X@~R<  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 =jRC4]M})  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 7+P-MT  
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QQ：2987619807 KhyGz"I!@$  

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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 r%` |kN  
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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 | <- t  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）