[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) "Uk "  
oRp;9   
应用示例简述 at N%csA0  
:6N'%LKK  
1. 系统细节 ^@"H(1Hxu/  
 光源 [xm{4Ba2X  
— 高斯光束 EZN38T  
 组件 c8R#=^ DD  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 4hymQ3 g  
 探测器 oU\Q|mN(  
— 视觉感知的仿真 >vr!3  
— 电磁场分布 }3^b1D>2O  
 建模/设计 MfJs?N0  
— 场追迹： <'Ppu  
 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。 -Hx._I$l  
!= @U~X|cu  
2. 系统说明 Q&JnF`*  
".@}]z8  
"s?!1v(v  
3. 模拟 & 设计结果 L`iC?<}  
QqF&lMH  
4. 总结 vk^/[eha  
Q')0 T>F-  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 $ts%SDM  
oo+nqc`,O  
第1步 &EZq%Sd  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 J2vaKl  
iC$mb~G  
第2步 }mhD2'E  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 BGe&c,feIc  
`S&$y4|Vs  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Za5bx,^  
CH`_4UAX%  
应用示例详细内容 xs'vd:l.Pp  
^")SU(`  
系统参数 MO1t0Myc  
7aV(tMzd  
1. 该应用实例的内容 BLno/JK0}  
.b3cn  
vvsQf
%  
2. 设计&仿真任务 ;$0)k(c9  
nMBKZ  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 8/tvS8I#y  
5os(.  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 _@U11|  
O<:"Irq\qr  
s}O9[_v  
4. 参数：SLM像素阵列 [r)Hm/_=|U  
XSw!_d  
IM^K]$q$47  
5. 参数：SLM像素阵列 xDJs0P4  
cyQ&w>'  
<8'-azpJ6<  
应用示例详细内容 u4W2{  
;q3"XLV(T[  
仿真&结果 2G(RQ\Ro*  
KA"D2j9wn  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 03{pxI
 
 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)。 +O2z&a;q  
 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*zt;SR  
q@"0(O
j  
2. VirtualLab的SLM模块 IpRdGT02  

1Re5)Y:i  
)J['0DUrZK  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 YpGG^;M$  
 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。 &'0|U{|  
A<+veqb4  
3. SLM的光学功能 aj$#8l |zu  
<6djdr1:b  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。
^O9_dP:  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 (9_O||ee  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 Q)$RE{*-  
bH7 lUS~  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd X<j(AAHE  
y9#r SA*  
 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。 v'vYNh  
D=0^"7K  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ;ye5HlH}.  
y>5??q  
4. 对比：光栅的光学功能 3O'6 Ae  
 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。 sgc
pH  
 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。 uxjx~+qFd  
 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)。 k^Gf2%k  
 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。 !97k  
 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'(eQ5R3L  
(sfy14>\  
S]O0zv^}  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd a9"1a'  
zD9gE  
5. 有间隔SLM的光学功能 5xsGSoa+  
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。 ==?!z<I.d  
0?{Y6:d+  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd j-R9=vB2  
p:/#nmC<  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 T|L_+(M{  
3utv  
nc.(bb),  
6. 减少计算工作量 q9^6A90  
Hy9c<X[F9  
采样要求： bh~"LQS1  
 至少1个点的间隔(每边)。 ,*r}23  
 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。 ]nM 2J}7  
zBKfaQI,  
采样要求： &>T7]])  
 同样，至少1个点的间隔。 NO%x 2dx0  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 .C=I~Z  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ]((Ix,ggP  
xeGl}q|  
 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。 ]DO~7p[  
 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。 1>pFUf|cV  
 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)。 Wj}PtQ%lp/  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 '@WpJ{]A  
#j?SdQ  
>B~vE2^tQ~  

6~rO(  
Uh tk`2O  
7. 指定区域填充因子的仿真 f-BEfC,}'  
@|i f^  
 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。 .GM}3(1fX`  
 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。 RY4b<i3  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 /KCJ)0UU  
 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)。 xyvG+K&  
U^@8ebv  
z/Kjz$l!  
8. 总结 {=q$k=ib  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ui[E,W~  
p#  4@  
第1步 Tx|}ke
~  
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。 -UMPt"o  
[Up0<`Q{I_  
第2步 Wi5rXZS  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 1yg5d9  
扩展阅读 R'Y=- yF  
扩展阅读 bY>JLRQJ-  
 开始视频 O*:8gu'Y2  
-    光路图介绍 RhPEda2  
 该应用示例相关文件： KXtc4wr
a  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 (oiF05n h  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 F\H^=P  
_Cd_i[K[  
.Y^UPxf@  
QQ：2987619807 KkF3E*q\H  

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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 ?Ww\D8yV&  
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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 2Q/#.lNL  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）

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