[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) rZLMYM  
Fq8Z:;C8  
应用示例简述 mU!c;O  
>a<;)K^1  
1. 系统细节 z8oSh t`+  
 光源 {S?.bT%&  
— 高斯光束 wegBMRQVp  
 组件 ?1YK
-T@  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 9I,Trk@&  
 探测器 8g3 6-8  
— 视觉感知的仿真 W|:WAxJ*d  
— 电磁场分布 K&/W cuP&  
 建模/设计 y=t -
/*K  
— 场追迹： k@?<Aw8_X  
 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。 L(.5:&Y=`  
F J)la9  
2. 系统说明 ="V6z$N  
.m .v$(  
hQ9VcS6=gD  
3. 模拟 & 设计结果 C`fQ` RL\  
/wQD
cz  
4. 总结 E11"uWk`  
b<%6aRC\  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Lr`yl$6  
\n}
cx~j  
第1步 Qk((H~I}  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 N)QW$iw9  
WkT4&|POJ  
第2步 T!8,R{V]4  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 GE|V^_|i  
p &A3l  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 @>:r'Fmu-  
=oBV.BST u  
应用示例详细内容 V[#jrwhA  
YtFtU;{  
系统参数 KcHW>IBxdv  
ct`89~"  
1. 该应用实例的内容 e7-U0rrE  
$aEL>,X  
cY5h6+
_  
2. 设计&仿真任务 BV|LRB}G  
GujmBb  
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。 PAJt M  
o<Q~pd#Ip,  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 lwSA!W  
yTv
#T(of  
HUZI7rC[=)  
4. 参数：SLM像素阵列 $%ps:ui~X  
)KG.:BO<  
q.*k J/L  
5. 参数：SLM像素阵列 Dc U
$sf*  
L^dF )y?  
'vBuQinn  
应用示例详细内容 C-&\qAo?<:  
A2..gs/  
仿真&结果 Q/I/>6M7UZ  
D/v?nW  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ta%yQd
7  
 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)。 #V@[<S2  
 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。 ;tlvf?0!  
 t
mKHT  
2. VirtualLab的SLM模块 13kl\<6  

)m|)cLT&  
^8OK.iC  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 rytves%;C  
 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。 \<TWy&2&  
xcty  
3. SLM的光学功能 )vn{?Ulj  
G8}k9?26(  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 0.+MlyA  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Phr+L9Eog  
 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。 \(C6|-:GY  
`p#tx.o  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd s^#B*
 
mb,\wZ  
 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。 LtW}R4}3  
yvv]iRk<  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd shKTj5s?  
^VOFkUp)  
4. 对比：光栅的光学功能 =bgWUu\F  
 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。 ]l
qLC  
 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。 Qco8m4n  
 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)。  0~4Ww=#  
 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。 ^,}1^?*  
 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。 |h%=a8  
nvbzCtC  
wDR/Vr"f  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd o, PpD,,  
$+w:W85B  
5. 有间隔SLM的光学功能 5/8=Do](  
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。 $O3.ex V  
Np7+g`nG  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ]n}aePl}oU  
AO, o|,#4F  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 fYSH]!  
|P@N}P@  
gu|=uW K  
6. 减少计算工作量 /z!Tgs4  
Fs"i fn0  
采样要求： bMn)lrsX  
 至少1个点的间隔(每边)。 #lR-?Uh  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 _iu~vU)r  
;.'?(iEB  
采样要求： |M`'   
 同样，至少1个点的间隔。 oR7[[H.4  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 @Bds0t  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 \HXq~Y  
pT{is.RM  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 3^[P  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 _B>'07D0  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 [Do
^EJ  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 =p^$>o  
yIhPB8QL  
9U8x&Z]P  
!c`&L_ "!  
~UJ.A<>Fh  
7. 指定区域填充因子的仿真 ~7 `,}) d  
"AU.Eh"-1  
 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。
h4jo<yp\  
 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。 <8(
=Lv`)q  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 FQJiLb._Z  
 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)。 Fei5'  
(<YBvpt4>  
EB| iW2'  
8. 总结 r4pX47H  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 tL3R<'  
oUwo!n}  
第1步 <o/!M6^:  
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。 $33E-^  
?r KbL^2  
第2步 MA,*$BgZ  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 (>vyWd]  
扩展阅读 1~t.2eUG  
扩展阅读 vhPlH0  
 开始视频 ,VS(4  
-    光路图介绍 y_X jY  
 该应用示例相关文件： o2X95NiH  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 cef[T(>  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 b3EGtC}^  
mFg$;F  
2HtsSS#0Q  
QQ：2987619807 u"q56}Q?]  

西安中科微星光电科技有限公司在空间光调制器方面做的比较成熟，已经拥有三大产品系列，数十款产品，可以运用于教育科研，仿真测试、激光加工等领域。如需了解详情可拨打电话029-65665888 / 发送邮件至laser_zkwx@opt.cn.

诚邀您观看光电汇-中科微星直播，3月25日晚19:30准时开播，为您讲解SLM及其在教学、工业领域应用；全场两次直播抽奖，扫码关注回复“直播抽奖”即可参与，中奖率100%！ 7q+D}+ Xf  
报告大纲 q#tUDxf(|  
$Z:O&sD{  
（第一波——神秘现金红包抽奖环节） mux/\TII  
j|t=%*  
1.浅谈中国物理光电教学行业大趋势及面临问题 qD{1X25O  
Ipk;Nq  
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 ,WRm{v0f^  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）