[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) Y= ^o {C6  
`,6^eLU  
应用示例简述 CdiL{zH\3  
4?~Ei[KgQn  
1. 系统细节 fU4{4M+9"  
 光源 $+HS^
m  
— 高斯光束 58/\  
 组件 bt?)ryu  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Nv\<>gA:  
 探测器 |r53>,oR<:  
— 视觉感知的仿真 \MtdT[*  
— 电磁场分布 b'4r5@GO  
 建模/设计 avH3{V  
— 场追迹： q^b_'We_9  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 .t{?doOT  
 SwmX_F#_  
2. 系统说明 aB4L$M8x  
Py#iC#g~  
3hNb ?  
3. 模拟 & 设计结果 (OHd}YQ  
g?!;04  
4. 总结 SP5t=#M6  
p2o66t  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 JPS<e*5  
vX}mwK8  
第1步 lV2MRxI  
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。 c#(&\g2H  
\fD[Ej  
第2步 +PkN~m`  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 $6\W8v  
}@wXm  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ]c
h=D  
%q,^A+
=  
应用示例详细内容 @7<m.?A!  
eFCXjM  
系统参数 f= l*+QY8f  
sR*JU%  
1. 该应用实例的内容 +)K yG  
a fhZM$  
ecy41y'~:  
2. 设计&仿真任务 )Z2t=&Nw  
t~"DQqE  
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。 ^7~w yAr  
ZI#Xh5  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 >zAI#N4  
Dbo.N`  
LlG~aGhel  
4. 参数：SLM像素阵列 4\yKd8I  
3 ,?==?  
vmXY}Ul  
5. 参数：SLM像素阵列 Z;JZ<vEt92  
!Rw\k'<GKX  
%U)M?UNjw  
应用示例详细内容 ZVek`C
c2  
|!{BjOAD'  
仿真&结果 oos35xV.  
&j7l
#Urq  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM q}["Nww-  
 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)。 TGz5t$]I  
 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。 k]`
3if5>  
=>CrZ23B"  
2. VirtualLab的SLM模块 ^OQ#Nz  

? I}T[j  
G#! j`  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 FBPT@`~v  
 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。 wWflZ"%  
UmU=3et<Wj  
3. SLM的光学功能 dR_hPBn/@  
AsM""x1Ix  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 mHox  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 *#;rp~  
 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。 [zR raG\  
p$@=N6)I.k  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd !{SU G+.2  
6|LDb"Rvy  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 ki^[~JS>'  
W.n@  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ^B?koU l^  
Q;5'I3w  
4. 对比：光栅的光学功能 Li=l/  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 6M$.gX G.  
 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。 v-[|7Pg}Z  
 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)。 n*iaNaU"'  
 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。 h2aJa@;S  
 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。 `U`Z9q5-  
? *I9  
dGh<R|U3  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd x'JfRz  
[AX).b  
5. 有间隔SLM的光学功能 A7_*zR@  
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。 )_2!1  
9R;s;2$.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd YN>#zr+~  
xI:;%5{LN  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 &<^@/osi  
[V jd)%  
S-f3rL[?  
6. 减少计算工作量 s^KxAw_IV  
l3iL.?&Pa  
采样要求： rX{|]M":T  
 至少1个点的间隔(每边)。 UN>hJN;c  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 5E!|-xD  
#sqD
Z]\B  
采样要求： ?ST}0F00}  
 同样，至少1个点的间隔。 ([9h.M6v  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 SV\x2^Ea0  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 BgpJ;D+N4  
o$-8V:)6d  
 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。 |
[{;*wtv  
 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。 {YGz=5^  
 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)。 R<U?)8g,h~  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 `jZX(H  
I8Zp#'|U  
yZ!Eu#81  
vSnb>z1  
FQ-(#[  
7. 指定区域填充因子的仿真 Qs?+vk?*h  
U|Jo[4A  
 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。 l =_@<p  
 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。 eLC&f}  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 "=".ne  
 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)。 )Xh_q3=  
xLD6A5n,[  
|v1 K@  
8. 总结 P5d@-l%}  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 LN
N:GD)>  
5{u6qc4FW  
第1步 <eh(~  
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。 y(]|jRo  
"aBd
0i&  
第2步 z1FbW&V  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 *3ne(c
 
扩展阅读 $HXB !$d  
扩展阅读 ZKR z=(  
 开始视频 %'t~e?
d!  
-    光路图介绍 4y1>!~f  
 该应用示例相关文件： O7dFz)$  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 pNqf2CnnT  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 4'd{H Rs  
NDOZ!`LqH  
1SFKP$^  
QQ：2987619807 _M&.kha  

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%！ iS"8X#[]N  
报告大纲 )_8}53C  
VD24X  
（第一波——神秘现金红包抽奖环节） A=%k/  
>{m2
E8U0  
1.浅谈中国物理光电教学行业大趋势及面临问题 |rFR8srPG  
pDq#8*q+v  
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 HK0::6n{  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）