[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) ._p""'Sa  
5y_"  
应用示例简述 {%']w  
~j,TVY  
1. 系统细节 ]?9[l76O7  
 光源 D)&o8D`  
— 高斯光束 H^CilwD158  
 组件 nY) .|\|i  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Gbd?%{Xc-  
 探测器 DB&SOe  
— 视觉感知的仿真 iM64,wnA  
— 电磁场分布 B$`lYDqaG  
 建模/设计 Q.(51]'  
— 场追迹： )hL^+Nn bR  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 1]/N2&  
2%]hYr;  
2. 系统说明 ixOw=!@  
wt7.oKbW  
}?O[N}>,m  
3. 模拟 & 设计结果 U \Dca&=  
T~Yg5J  
4. 总结 ~440#kj<  
dV$!JTsd  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 uaQ&&5%%J  
mMxHR$2  
第1步 FH n,]Tfx  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 p\txlT  
!5;t#4=  
第2步 tvWH04T  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 rr>~WjZ3  
712=rUI%!  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 "<dN9
l>  
`03<0L  
应用示例详细内容 4ROWz  
Q
}uG/HI  
系统参数 *!u?  
@c"yAy^t  
1. 该应用实例的内容 gO{W#%  
vXPuyR<J  
U3q5^{0d/  
2. 设计&仿真任务 H5q:z=A  
QBjY&(vY  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 ty;o&w$  
jg^^\n  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 u-/3(dKt  
:+pPrGj"  
lWl-@*'  
4. 参数：SLM像素阵列 xDe47&qKM  
8c?8X=|D7  
l_sg)Vr/b  
5. 参数：SLM像素阵列 T.euoFU{Z  
s{%fi*  
wL|7mMM,  
应用示例详细内容 "11j$E9#\n  
0XQ-   
仿真&结果 <\xQ7|e  
tYI]=:  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM M
7pvxChA  
 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)。 |x[$3R1@  
 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。 D;yd{
]<  
_9
qEZV  
2. VirtualLab的SLM模块 ][N) 2_^M  

v*gLNB,ZH  
8ok7|DJ  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 l2M/,@G  
 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。 cl#OvQ  
'XME?H:q a  
3. SLM的光学功能 o9^$hDs,si  
GfQ^@Tl  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 $u-lo|  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 DwC@"i.  
 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。 m4\g o  
?-M)54b\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd t;~-_{
  
t"#lnG!G  
 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。 }W)Mwu'W  
v,@E}F~-f1  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd EXH!glR[$  
FL~9</  
4. 对比：光栅的光学功能 TyyRj4>  
 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。 gtl;P_  
 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。 I[a%a!QO  
 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)。 /!o1l\i=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。 z4nou>  
 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。 olslzXn7o  
jBGG2[hV  
=`ywd]\7  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd s:G[Em1  
U0ns3LirP  
5. 有间隔SLM的光学功能 cKSfqqPm$"  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 nN!vgn j  
Ed8U;U b  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd W=!F8g|Qz  
{[rO2<MkA#  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Udg& eEF  
CiHn;-b;  
CD$u=E ]  
6. 减少计算工作量 yg.\^C  
Y|Nfwqz  
采样要求： dW:w<{a!R  
 至少1个点的间隔(每边)。 oT$(<$&<  
 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。 @DUN;L 4  
|q9,,i}!  
采样要求： {: Am9B  
 同样，至少1个点的间隔。 $a)JCErN  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 {EZFx,@t  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 h,Y{t?Of  
$ $W{HsX  
 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。 ~k"eEV 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。 wGZ>iLe:  
 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)。 @|jKO5Y  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 UA1]o5K  
Y8{T.\%\+  
V7Vbl?*n  
A?^A
*e  
?*(r1grHl  
7. 指定区域填充因子的仿真 ~pDRF(  
8N</Yi|n  
 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。 >F_qa=t%[  
 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。 .eZPp~[lAN  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 p=#'B*'w  
 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)。 &/z
+A{Hi  
g]oc(RM  
/gMa"5?,  
8. 总结 jb#1&L14  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 #3 }5cC8_  
?[a7l:3-[  
第1步 `!5tH?bX  
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。 8YT_DM5iI  
'b?#4rq}  
第2步 Cw9@2E'b  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 uyS^W'fF  
扩展阅读 %B*<BgJ;4F  
扩展阅读 EU&6Tg  
 开始视频 ~_/<PIm  
-    光路图介绍 zz+M1n-;o  
 该应用示例相关文件： cQUH%7m  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 fF9;lWt  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 $;KQY7  
c1Fru  
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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 B[U.CAUn  
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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 nw]e_sm  
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