[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) e4%*I8 ^e  
UZXcKl>u  
应用示例简述 G2{M#H  
ai  _fN  
1. 系统细节 Q4LlToHn  
 光源 *oX]=u&  
— 高斯光束 L^{;jgd&T9  
 组件 P`IG9  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 1$D`Z/N"A  
 探测器 W)msaq,  
— 视觉感知的仿真 -<JBKPtA  
— 电磁场分布 ;VlZd*M?  
 建模/设计 |$?Ux,(6  
— 场追迹： O| 6\g>ew  
 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。 UAXF6
4w{  
PeUd  
2. 系统说明 Yj7= T%5  
^@*zH?Rx{  
3kqV_Pjg  
3. 模拟 & 设计结果 Etc?;Z[F#  
bZay/ Zkj  
4. 总结 6`baQ!xc.  
M:UB>-`bW  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 2*q: ^  
V*7Z,nA  
第1步 G1;'nwf}  
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。 26#Jhb E+  
ml33qXW:  
第2步 j YIV^o 0  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 m{$tO;c/Q  
mn; 7o~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。 !Xx<~lIC  
bqQO E4;  
应用示例详细内容 >6l;/J  
3ES[ N.V#  
系统参数 KjwY'aYwr:  
&QOWW}  
1. 该应用实例的内容 i B!hEbz  
H(N
T|  
k#Ez  
2. 设计&仿真任务 qM1)3.)[:  
&Ky 
u@Tt  
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。 $v'Y
:  
:m++ iR  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ]oa
s  
l'7Mw%6{  
0ve`  
4. 参数：SLM像素阵列 ,P@/=I5  
Rg?{?qK\K  
/y9J)lx  
5. 参数：SLM像素阵列 I)XOAf$6  
WE.$at{*h  
.mT#%ex  
应用示例详细内容 KM6N'x^z  
W`Q$t56  
仿真&结果 uh5Pn#da^  
[<Os~bfOv  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM X<Th{kM2  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 {7=WU4$  
 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。 5i4V5N>3  
4z9#M;qT  
2. VirtualLab的SLM模块 xMNNXPz(  

.L^pMU+!^  
!]rE
TP_  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 :>P4L,Da]  
 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。 UR1JbyT  
S$jV|xKB  
3. SLM的光学功能 9|N"@0<B  
fou_/Nrue  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 <Qcex3  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 RGl=7^M  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 Y^f94s:2S  
ePq13!FC/  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd QE45!Zg  
7b&JX'`Mb  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 <G~}N  
.~.``a  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd IpWy)B>Fl3  
UCn*UX  
4. 对比：光栅的光学功能 MX!u$ei  
 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。 ;-KAUgL2  
 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。 Ml8 YyF/~  
 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)。 *GbVMW[A>  
 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。 M5GY>3P$c  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 K\{b!Cfr^  
\7Gg2;TA6o  
]#Vo}CVP  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd eg"=H50  
R^J.?>0  
5. 有间隔SLM的光学功能 7P<r`,~k-  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 V~(EVF{h  
4M @oj  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd `Yx-~y5X  
qQfqlD<  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 jM5_8nS&d  
 4%g6_KB  
0U8
2f1ei  
6. 减少计算工作量 lLuID  
uY^v"cw/F  
采样要求： \Fj5v$J-  
 至少1个点的间隔(每边)。 "?apgx 6  
 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。 9=t#5J#O  
<^lJr82  
采样要求： ([:]T$0 #  
 同样，至少1个点的间隔。 qbS'|--wH  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 v5(q)h  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ;i<$7MR.e  
uYFMv=>j  
 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。 C%giv9a  
 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。 9
$Ig~W)  
 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)。 wL4ZW8_  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ipG5l  
)!tCC-Cr  
w3^NL(>  
drW~)6Lr@  
$o]r]#B+  
7. 指定区域填充因子的仿真 Dc08D4   
i 3m3zXt  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 P @zz"~f7  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 6}ce1|mkg/  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ;W]D ~X&  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 4L8z>9
D  
Lp_$?MCD.  
Ls&+XlrX8  
8. 总结 G+0><,S  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 /\na;GI$  
$:Rn;  
第1步 Mr-DGLJ  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 ujU=JlJ7dl  
!RS9%ES_?  
第2步 Bd{4Ae\_+g  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 7 _`L$<-n  
扩展阅读 2@vJ  
扩展阅读 *c{wtl@  
 开始视频 :z]}ZZ  
-    光路图介绍 M :V2a<!c  
 该应用示例相关文件： a Sf/4\  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 P` #QGZ>  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 %m9CdWb=w  
l71gf.4g  
z
"lqrSJ:  
QQ：2987619807 *l{yW"Su  

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%！ .x!T+`l>8I  
报告大纲 5o#Yt  
Bd@'e7{  
（第一波——神秘现金红包抽奖环节） piOXo=9H.  
%K(0W8&  
1.浅谈中国物理光电教学行业大趋势及面临问题 X eoJ$PfT  
q_ %cbAcD  
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 [|[>}z:  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）

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.