[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) w|[RDaAb  
!7bw5H  
应用示例简述 20RXK1So  
;`YkMS`=W  
1. 系统细节 OZY,@c  
 光源 H*^
\h?s  
— 高斯光束 N6OMYP1  
 组件 N2'qpxOLI  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 {c?JuV4q?  
 探测器 nlYR-.  
— 视觉感知的仿真  +=q)  
— 电磁场分布  p?D2)(  
 建模/设计 l_'[27
 
— 场追迹： >LC<O.  
 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。 &,\=3'  
}R[#?ty;]  
2. 系统说明 mW2,1}Jv  
f/,>%j=Ms  
oX@ya3!Pz  
3. 模拟 & 设计结果 0MMEo~dih  
h^9"i3H  
4. 总结 ._w8J"E5  
9>zcBG8f  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 1=sXdcy;  
KlV:L 4a~  
第1步 NcOPL\  
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。 g]c[O*NTL  
le+R16Z
 
第2步 5!YA o\S  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 n<sd!xmqFx  
{rfF'@[  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 2kAx>R  
YJg,B\z}
 
应用示例详细内容 }8|[;Qa`y  
E!BPE>  
系统参数 $Nrm!/)*'}  
}G o$ \Bk  
1. 该应用实例的内容 fkSO( C)  
!Cgx.   
b`yZ|j'ikd  
2. 设计&仿真任务 ]5~s"fnG  
?Xdak|?i  
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。 sDr/k`>  
>Rvx[`|O!m  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 [ EFMu;q  
~ ~uAc_  
{oc igR0  
4. 参数：SLM像素阵列 73{'kK  
^-FX  
5D M"0  
5. 参数：SLM像素阵列 -<jL~][S  
C%*k.$#r!  
O#wpbrJ  
应用示例详细内容 O}9KJU  
(b?{xf'
G  
仿真&结果 L %ip>  
+*\X]06  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM |KB0P@
=a  
 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)。 '(? uPr  
 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。 ]E  =Iu  
hA\K</h.  
2. VirtualLab的SLM模块 G} eUL|S  

M"%Q&o/I  
Z_\C*^  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 QL6C,#6  
 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。 &//wSlL3  
k = ?h~n0M  
3. SLM的光学功能 =@TQ>Qw%b  
e8YMX&0%  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Zm
OfEg|h\  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 $+.l*]  
 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。 | mu+9  
["\;kJ.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd *[=bR>  
rkiT1YTY  
 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。 n wI!O  
~|wbP6</:-  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ?"?6,;F(4  
s@MYc@k  
4. 对比：光栅的光学功能 VqL.iZ-  
 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。 V\(:@0"  
 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。 @EE."T9  
 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)。 eIl]oC7*  
 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。 wts=[U`(  
 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。 b64 @s2]  
P0`Mdk371  
;3_l@dP"  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd L 8{\r$  
eY{+~|KZ  
5. 有间隔SLM的光学功能 7JSNYTH  
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。 '!f5?O+E  
iNwqF0  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 2lL,zFAq  
Kx_h1{  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 'zh7_%  
"UwH\T4I  
5k|9gICyd*  
6. 减少计算工作量 /b|0PMX  
y4+;z2'>  
采样要求： r-
,e;o>9  
 至少1个点的间隔(每边)。 KR7@[
  
 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。 A.UUW  
;-UmY}MU  
采样要求： qY 4#V k  
 同样，至少1个点的间隔。 dg4vc][  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 OT'[:|x ;  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 `K,1K  
dL|+d: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。 G%d (
 
 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。 wcDRH)AW.  
 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)。 m|OO,gR  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 %'0TXr$  
2Pc%fuC  
!'L
W_@  
TIvRhbu  
%v2R.?F8  
7. 指定区域填充因子的仿真 <T[E=#  
'=P7""mN5  
 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。 9)VF 1L
D  
 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。 Y2'cs~~$Ce  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 0Ia($.1mY  
 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)。 u+{a8=  
7 I>G{  
tDAhyy73  
8. 总结 %c[V  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 -(K9s!C!.  
B7]MGXC  
第1步 Pb*5eXk  
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。 "Ky; a?Y  
Ks}Xgc\  
第2步 2k<;R':  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 F`9]=T0  
扩展阅读 Is+O  
扩展阅读 >3&O::]3  
 开始视频 "O(9m.CZ  
-    光路图介绍 d:yqj:  
 该应用示例相关文件： Y3O#Q)-j$  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 H*9~yT'Q  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 puT'y  
%Z*sU/^  

N<DGw?Rl  
QQ：2987619807 &5:tn=E  

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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 k5T,990  
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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 !@v7Zu43,  
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