[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) 1drg5  
hbXmIst  
应用示例简述 qRT5|\l  
(fc_V[(m"  
1. 系统细节 X>dQK4!R  
 光源 8Ogg(uS70'  
— 高斯光束 Ds=d~sNu  
 组件 # wn>S<  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 DI{Qs[  
 探测器 V^(W)\  
— 视觉感知的仿真 ^cdbM
 
— 电磁场分布 O-AC$C[d  
 建模/设计 3meZ]u  
— 场追迹：  ^Oj^7.T+  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 ;180ct4  
oKRI2ni$j9  
2. 系统说明  uvDOTRf  
o<|u4r={s  
B4OFhtYE  
3. 模拟 & 设计结果 ml~)7J  
@sR/l;  
4. 总结 h6Vd<sV\tf  
 w&U28"i>  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 s]vsD77&  
V\Lh(zPt  
第1步 Xk^<}Ep)c  
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。 `[=/f=Q}  
MO]zf3f!  
第2步 0Dd8c\J  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 !ggHLZRlz  
Vl7V?`_4  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 dn5t7D^x  
E]Cm#B  
应用示例详细内容 3&X5*-U  
G$`hPNSh  
系统参数 2%l(qfN9  
zll?/|%  
1. 该应用实例的内容 V2Z
^W^  
TIV|7nKL  
%z1hXh#+  
2. 设计&仿真任务 ~N2 [j  
AWZ4h,as{  
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。 h#h)=;  
8LtkP&Wx  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Ze`ms96j{  
<.|
]%7  
yWYsN  
4. 参数：SLM像素阵列 Si;eBPFH  
.v) A|{:2  
?f6Fj  
5. 参数：SLM像素阵列 f+Bv8 g  
r^d:Po  
~\R+p~>  
应用示例详细内容 *xKY>E+  
bmC{d  
仿真&结果 pr"q-S>E  
Oi!uJofW  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM `?"[u"*  
 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)。 -A8CW9|mk  
 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。 n\scOM)3  
k1^&;}/f:  
2. VirtualLab的SLM模块 9&4z4@on  

G{s q|1  
} AHR7mu=  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 q-0( Wx9|  
 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。 d_Y7/_i  
l;JB;0<s"  
3. SLM的光学功能 2K(zYv54  
tjy@sO/Q  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 6[%4Q[  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 _K>YB>W}7  
 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。 ]\%u9,b%!  
]+78 "(  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd >x1?t  
w
tro'r3  
 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。 dBp)6ok#c  
z`@|v~i0`  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd mvW,nM1Y  
2HREO@._)  
4. 对比：光栅的光学功能 ytGcigw(P  
 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。 X[iQ%Y$/n  
 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。 bu r0?q
  
 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)。 4}HY= 0Um  
 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。 RS[QZOoW}  
 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。 czp}-{4X  
sZPA(N?  
[[0u|`T/  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd _"c?
[n  
f>_' ]eM%  
5. 有间隔SLM的光学功能 odpjEeQC  
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。 q vGkTE  
KP]{=~(  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ?,x3*'-(  
0=KyupwXC  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 w+3-j  
*U^7
MU0  
ZncJ  
6. 减少计算工作量 niJtgK:H^  
3It9|Y"6[  
采样要求： qm=N@@R&  
 至少1个点的间隔(每边)。 p!3!&{  
 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。 s:\FlQ0  
Qc]Ki3ls  
采样要求： BO)Q$*G~JD  
 同样，至少1个点的间隔。 m'.y,@^B  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 #Rcb iV*M  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 _"0Bg3Y  
LL^WeD_Y  
 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。 ]728x["(19  
 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。 DNl'}K1W  
 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)。 6#/v:;bF  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 hV]]%zwR+  
g/6>>p`J  
xF8^#J6>  
gG6j>%y  
=;?afUj  
7. 指定区域填充因子的仿真 3c.,T  
YE5B^sQ1  
 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。 y)e8pPDG  
 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。 ||t"}Y  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 YZ0Jei8+-  
 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)。 DqGm
 
ny{Yr>:2  
Q,m1mIf  
8. 总结 qTUyax  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 9d_ Zdc  
Y(3X5v?[  
第1步 H!yqIh  
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。 $(8CU$gi=  
gkw/Rd1oG  
第2步 .>Fy ]Cqoh  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 HXp$\%A)  
扩展阅读 sw^4h`^'  
扩展阅读 C=>IJ'G  
 开始视频 -\V!f6Q  
-    光路图介绍 84}Pu%  
 该应用示例相关文件： TKBW2  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 $)6%LG_@  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 5.3=2/  
$vK(Qm  
_8I\!  
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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 &6q67  
Lsb`,:  
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 P4{!
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