[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) ^YLpZoo  
"/-T{p;.  
应用示例简述 v9[[T6t/'  
cNd2XQB9=  
1. 系统细节 oqOXRUy  
 光源 xgeKz^,  
— 高斯光束 dU~DlaEy(  
 组件 '0!IF&p'  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 = yH#Iil  
 探测器 +AT!IZrB2i  
— 视觉感知的仿真 !y>MchNv  
— 电磁场分布 '5mzlR  
 建模/设计 ?OU+)kgzh  
— 场追迹： !1H\*VM"  
 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。 qOKC2WD  
Z-!W#   
2. 系统说明 nFn@Z'T$N  
3ee?B~Tun  
wb>>bV+U  
3. 模拟 & 设计结果 kOfu7Zj
 
:z EhPx;B7  
4. 总结 U-$ B"w&  
%DQ.f*%  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 GMZj@q  
Qhd
~4  
第1步 Xj\SJ*  
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。 #0HF7C3  
qR~s&SC#  
第2步 J jCzCA:K_  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 'CDRb3w}B  
oy
-Qy  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 XB &-k<C  
VK+#!!Ha  
应用示例详细内容 w@
Pc7$EP  
^ftZ{uA  
系统参数 iz`u@QKc%  
a$c7d~p$I  
1. 该应用实例的内容 i6[,m*q~2x  
LDL#*g  
ba?]eK  
2. 设计&仿真任务 Fc;)p88[  
6 m5\f  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 <!\J([NM8  
JF>mybB  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 wovWEtVBU  
a#=GLB_P(  
OC'cP[$ _  
4. 参数：SLM像素阵列 @|&P#wd.u  
FU0&EO  
}6P]32d  
5. 参数：SLM像素阵列 q_8qowu"  
%S22[;v{N  
zxCxGT\;  
应用示例详细内容 c@{,&,vsj  
A+j~oR  
仿真&结果 SvH=P!`+  
(r,RwWYm  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM >RxZ-.,a  
 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)。 \Z^K=K(|  
 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。 mp~\ioI*d  
6^zuRY;  
2. VirtualLab的SLM模块 `xkJ.,#Io  

FuaGr0]  
EkV v  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 `SWf)1K  
 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。 @4_CR  
hHoc7  
3. SLM的光学功能 WKpHb:H  
aO'$}rDf$  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 WJ\YKXG  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 KoQvC=+WI  
 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。 J6Mm=b
O5  
*Yov>lO  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd J?5O2n  
`c{i+  
 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。 ^zqz$G#  
<acAc2  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd D?]aYCT  
R\yw9!ESd  
4. 对比：光栅的光学功能 CQsVGn{x  
 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。 %@*diJ  
 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。 g{l;v  
 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)。 dW!T.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。 :4Sj2  
 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。 2N(c&Dzkh`  
>'Nrvy%&0  
a&ZH  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ,[+gE\z{{u  
~&k1P:#R  
5. 有间隔SLM的光学功能 05nG|  
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。 ?{cF'RB.  
X>F/0/  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ^`=Z=C$
fj  
/5
suyM=U  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 *BBP"_$  
sKjg)3Sl  
Qo)>i0  
6. 减少计算工作量 H*yX Iq:  
{:od=\*R  
采样要求： fVo)# Bj
 
 至少1个点的间隔(每边)。 Z'WoChjM  
 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。 #(bMZ!/(  
dB_\0?jJ-  
采样要求： 1>57rx"l  
 同样，至少1个点的间隔。 7u\^$25+h  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 wvJm)Mj+  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 %S.R@C[3  
 z{``v|K  
 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。 A#2Fd7&  
 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。 "=9L7.E)  
 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)。 A(Ugam~}  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 8K6yqc H  
.\{GU9|nO  
-`iZBC50  
(Pc:A!}  
R(r89bTQ  
7. 指定区域填充因子的仿真 mWUQF"q8  
2
@:Go`mg  
 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。 "
J%u !~  
 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。 `EBo(^n}O  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Bz9!a
k~4  
 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)。 DDc?GY:
 
=<iK3bPkU  
sh:sPzQ%Jv  
8. 总结 d1``}naNw  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0z_e3H{P27  
e<9IwS!/  
第1步 )@\= pE.H  
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。 & 2>W=h  
2^Q)~sSf9  
第2步 sR+=<u1  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 rC[*x}  
扩展阅读 zg0)9br  
扩展阅读 D$I7Gz,w{  
 开始视频 m+"?;;s  
-    光路图介绍 536H*HdN  
 该应用示例相关文件： :JxSh
F:M  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 *s S7^OZ*  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ^4_.5~(  
ygWo9?  
K82pWpR  
QQ：2987619807 NK$k9,  

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%！ zH0%; o}  
报告大纲 #g#vDR!  
: ^F+mQN  
（第一波——神秘现金红包抽奖环节） GpMKOjVm|  
5Q#;4  
1.浅谈中国物理光电教学行业大趋势及面临问题 x%pC.0%  
OL4I}^*,  
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 +dX1`%RR[  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）