[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) aaD$'Y,<>B  
.gkPG'm[  
应用示例简述 \gzwsT2&  
<pl2 dxy  
1. 系统细节 w3bH|VnU8;  
 光源 <%#y^_  
— 高斯光束 |e[0Qo@  
 组件 *=0r>]  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 #M9D" <pn}  
 探测器 >=W#z  
— 视觉感知的仿真 a&c#* 9t{  
— 电磁场分布  T[[  
 建模/设计 WT!\X["FI$  
— 场追迹： <VxpMF  
 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。 FR6I+@ oX~  
g*c\'~f;  
2. 系统说明 F#bo4'&>@  
DMxS-hl  
%iS]+Sa.K  
3. 模拟 & 设计结果 XQY&4tK  
<^q"31f  
4. 总结 #bZ
=R  
`8.32@rUB.  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 .&}4  
u`Qcw|R+  
第1步 wfTv<WG,.E  
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。 '=5_u  
tP(bRQ>  
第2步 ,p`bWm  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 sCCr%r]zL  
Z#:@M[HH{  
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 :  
vG_v89t!ex  
应用示例详细内容 @>nk^l  
4NR5?s  
系统参数 yxUVM`.~  
@#Uiy5N  
1. 该应用实例的内容 k8wi-z[dV  
_N f[HP  
X6*y/KGN  
2. 设计&仿真任务 14YV#o:  
kCjI`=7$[  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 >upUY(3&  
j~f 7WJ  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 =LY^3TlDj  
m:Cx~  
:XZom+>2n  
4. 参数：SLM像素阵列 ?[/,*
Q%  
d4h(F,K7V  
'yRv~BA  
5. 参数：SLM像素阵列 e.ym7L]$O  
bK;aV&  
Bo\v-97  
应用示例详细内容 U105u.#7  
[Q_|6Di  
仿真&结果 EjE`S_i=  
.LcE^y[V
 
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM :p)9Heu  
 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)。 H08YMP>dc  
 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。 PxD}j 2Kd  
1g
ej$G@  
2. VirtualLab的SLM模块 >t2)Z|1  

|8{iIvi/  
'?GZ"C2  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 WvzvGT=  
 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。 58'y~Ou  
tU/NwA"  
3. SLM的光学功能 #|h8u`  
L(P:n-
^  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 7:E#c"S q  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 }eFUw  
 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。 Ki;5 =)  
GJfNO-  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd Riuv@i^6K  
,5uDEXpt{  
 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。 FGhr
f  
d6 EJn/  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd B_jI!i{N%o  
f|1FqL+T]  
4. 对比：光栅的光学功能 BW=6gZ_  
 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。 i j;'4GzQL  
 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。 ~6i mkv^ F  
 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)。 7gmMqz"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。 VZ@@j[F(  
 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。 %-po6Vf  
Cs=i9.-A  
Bin&:%|9?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd D|'Z c&  
J uKaRR~  
5. 有间隔SLM的光学功能 c}s3c >`d  
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。 lS*.?4zX  
3edK$B51;  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd vJ}  
iGNKf|8{  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 jF85bb$  
S9055`v5  
Ps4A B#3  
6. 减少计算工作量 Qnh
1su5  
A~SSu.L@  
采样要求： -z1
o~~  
 至少1个点的间隔(每边)。 X]%4QIeS  
 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。 Gfch|Q^INy  
w*@Z-'(j  
采样要求： Ggjb86v\  
 同样，至少1个点的间隔。 fltcdA  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ,{t!->K  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 k5CIU}
H"  
IWnW(>V  
 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。 %'5wwl  
 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。 WLFzLW=PD  
 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)。 YP97D n  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 oC>~r1.j  
h0}-1kVT^  
( h,F{7  
wj~8KHan  
6 VDF@V$E  
7. 指定区域填充因子的仿真 ]^%3Y  
f89<o#bm7h  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 Mt0|`=64  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 !\v3bOi&  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 C.p*mO&N  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 :7*\|2zA  
H[U*' 2TJ  
wt,N<L  
8. 总结 i/B"d,=<  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 K?WqA
VK  
oWOZ0]H1  
第1步 Fd'L:A~  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 =2'^:4Z  
1N*~\rV*?  
第2步 2N#L'v@g=+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 _~"3 LB  
扩展阅读 ]P^ +~  
扩展阅读 'KG`{K$  
 开始视频 V4D&&0&n  
-    光路图介绍 G9Ezm*I;:  
 该应用示例相关文件： 4f5$^uN$qA  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 L.[2lQ  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 O[5ti=W  
-n-X/M  
Kz;VAH  
QQ：2987619807 oQO3:2
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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 2iu
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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 aSj$62G"  
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