[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) z%-Yz-G9  
% C~
2k?  
应用示例简述 s%F}4W2s  
OI0#@_L&  
1. 系统细节 i}teY{pyc  
 光源 `B6~KZ  
— 高斯光束 kDJ$kv  
 组件 b|mWEB.p  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Za68V/Vj  
 探测器 :xOne<@  
— 视觉感知的仿真 hu}`,2  
— 电磁场分布 c\"t+/Z  
 建模/设计 'p<lfT  
— 场追迹： "FA&Qm0  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 KwGk8$ U  
EC(,-sz\Z  
2. 系统说明 4qMqAT  
umPd+5i  
IvuKpX>*  
3. 模拟 & 设计结果 O[ tD7!1  
X"_,#3Ko!  
4. 总结 _BGw)Z 6  
U9k;)fK  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 | RMIV  
2R9AYI  
第1步 {No*Z'X  
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。 M-inlZNR  
t^eWFX  
第2步 hBb&-/  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 N-XOPwx'  
G.v zz-yG  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 #[ZF'9x  
ZH'- >/  
应用示例详细内容 n^F:p*)Q%  
&o{=  
系统参数 ;',hwo_LBf  
%`*`HU#X  
1. 该应用实例的内容 Ky"]L~8$  
\@G 7Kk*l  
>6fc`3*!  
2. 设计&仿真任务 b4NUx)%ln  

CjtBQ5  
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。 ['9awgkr/  

cuv?[M  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 n~~0iU)  
5=< y%VF  
\:>GF-Z(  
4. 参数：SLM像素阵列 +um Ua  
E=N44[`.G  
XLwmXi  
5. 参数：SLM像素阵列 5:3%RTLG  
-+1_ 1!  
tJ:]ne  
应用示例详细内容 )6K Q"*  
s?qRy 2  
仿真&结果 iWCR5c=  
Qsv3`c  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM hC1CISm.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)。 y3!r;>2k=  
 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。 ]J<2a`IK!  
S"t6 *fWr  
2. VirtualLab的SLM模块 j?!BHNs  

I~:vX^%9  
y2"PKBK\_  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 NBLiwL37{  
 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。 &x~&]  
+rT%C&ze  
3. SLM的光学功能 RM^3Snd=V  
2'R;z<_  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 9\2<#,R1q  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Cs2hi,s  
 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。 VD=}GY33=  
>F@qFPN]  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 93Z/|7  
~ ^)D#Lo  
 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。 aQ@9(j> F  
"Jd!TLt\x  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd E
cS+/  
/g|H?F0  
4. 对比：光栅的光学功能 <n8K"(sy}  
 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。 >[,ywRJ#_}  
 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。
qG=?+em  
 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)。 {VBn@^'s  
 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。 .Vohd@s9l  
 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。 .9":Ljs(L  
87QK&S\  
G9`;Z^<L  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ->BGeP_=|  
j`fQN  
5. 有间隔SLM的光学功能 J%8M+!`F  
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。 Uavr>-  
[ " n+2;  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd TH;kJ{[}  
)@vhqVv?  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 z
%lu%  
QNH-b9u>8  
79DzrLu  
6. 减少计算工作量 #3b_#+,  
Z&f@)j  
采样要求： }01c7/DRP<  
 至少1个点的间隔(每边)。 I:~KF/q  
 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。 cRR[ci34k  
SJseP_-  
采样要求： *En29N#a{  
 同样，至少1个点的间隔。 O\3 Lx  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 \&{a/e2:S  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 RA%=_wPD +  
(-<s[VnXP  
 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。 Q9i&]V[`  
 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。 r JvtE}x1  
 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)。 3MmpB9l#H  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 _H,xnh#nZ  
d8)ps,  
)bd)noZi  
3/aK#TjK  
@3^D[  
7. 指定区域填充因子的仿真 QLs9W&PG  
65%WjO  
 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\QeH'A  
 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。 Po)!vL"   
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ~pZ<VH;h  
 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)。 S'%|40U  
GiZv0>*
x  
0[# zn  
8. 总结 K@f@vyw]  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。
6-fdfU  
}Wk^7[Y  
第1步 8Q{"W"]O7  
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。 tj'xjX  
bpr  
第2步 X7bS{GT  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 & t.G4  
扩展阅读 rN3qT
p  
扩展阅读 ,+d\@:  
 开始视频 )Ja&Y  
-    光路图介绍 FI(iqSJ6  
 该应用示例相关文件： D2y[?RG  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 o]@Mg5(8Q  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 f-!P[6bY  
(^G@-eh  
X([8TR  
QQ：2987619807 S"@/F- 81  

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.

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%！ skP'- ^F~  
报告大纲 <<Q}|$Wu  
xO{$6M3-~  
（第一波——神秘现金红包抽奖环节） 928uGo5  
V0G"Z6  
1.浅谈中国物理光电教学行业大趋势及面临问题 XM57 UG  
?`/DFI'_G  
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 6qd?&.=r  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）