[分享]用户自定义位相板的导入和衍射模拟 [复制链接]

本案例介绍如何导入ASCLL码或位图数据定义的位相板并进行衍射模拟 ,%<77LE  
关键词：衍射光学，衍射光学元件，扩散器，分光器，位相板，位相衍射成像照片，电脑再现全息图（Computer Generated Hologram, CGH） A 76yz`D  
所需工具箱：Starter Toolbox Basic; Diffractive Optics Toolbox Basic r?7^@  
相关Tutorials： pDfF'jt9  
建模任务 $6Psq=|  
uBJF}"4ej  
.YbD.
{]D  

|zlwPi.  
照射光束参数 Y?x3JU0_  
7n.J.<+9  
VgL<uxq  
·波长：532nm n$iz   
·激光光束腰斑（ 1/e2）：500um =!aV?kNS8  
wEyh;ID3#  
.kV/0!q?  
J)f?x T*  
用户自定义位相板 wDzS<mm  
相位调制信息存贮在文件MO.002_Diffraction_At_User_D 0KEl+  
efined_Phase_Plates_01.bmp Jr zU-g  
和文件MO.002_Diffraction_At *}=W wG  
_User_Defined_Phase_Plates_0 yR-.OF,c  
2.txt中[size=; font-size: 1em,1em]取样间隔：5um 7IRn  
周期：160×160um aqgSr|  
用户自定义位相板的导入 7EUaf;d^  
用户自定义位相板可从ASCLL和位图文件中导入（支持﹡.bmp; ﹡.jpg; ﹡.png格式）。 {fs(+ 0ei  
两种文件导入方法步骤如下： Dc5XU3Eu`  
位图文件导入 lC{m;V2  
·在下拉菜单中单击import选项。 N0NMRU]zT  
·选择位图文件 n$9!G  
（支持 ﹡.bmp; ektFk"W3A\  
﹡.jpg; ﹡.jpeg; $@X,J
2&  
﹡.png格式）。 3@SfCG&|e  
54-x 14")  
I;LqyzM  
na>B{6  
·选择文件 |RdSrVB  
MO.002_Diffraction_At_User_Defined_Phase_Plates_01.bmp mJHX  
· 单击打开按钮 z Ey&%Ok  
Z]dc
%>  
·然后会出现如下对话框： 6AY%onY  
[size=; font-size: 1em,1em] b $!l*r  

· 支持存储在bitmap different l1msXBC   #v1 4"sZ}   u Wtp2]A   Interpretations物理意义数据 b`' ;`*AN+   · 对于振幅和位相板选择 gxiJ`.D=   Monochromatic (LUT based)项 t+ @F"[j   · 建议使用灰阶位图 !&kOqc5:t<   · 点击OK Wl{Vz   ?k-IS5G   接着会出现如下对话框： gNJ\*]SY   · 该对话框可解析位图的颜色。 QLn5:&   · 选择Field Quantity UqH7ec      Phase项告诉软件位图将执行位相操作。 Pj$a$C`Z   · 选择位相取值范围， *)Y;`Yg$   该值对应于色阶的最小值和最小值。对于二进制位相板，该值范围为- 到0. BFY~::<b   mdwY48b   =e63>*M|   ·

导入的位图需要指定色阶，即定义位图的颜色。色阶为用户定义的两种或三种颜色的线性变化。如要使用三色色阶需选择Use Middel Color项。 %rYt; 7B  
p[RD[&#b  
DWD
e5$^{  
· 点击Preview按钮可预览导入的位图。 D6D*RT
i4  
· 点击OK按钮导入。 Eyuc~[  
创建传输器 @-wAR=k7  
CBc}N(9  
8164SWB  
  · 该屏幕截图显示所导入的位相分布。 i ):el=  
· 导入的数据为光场的复振幅分布。它可以在状态栏中看到（Globally Polarized Complex Amplitude），光场的形状可在Light View中观察。 ~96"^%D  
· 如需要将导入的位相分布作为位相板的位相调制信息，则需要创建琼斯矩阵传输器（Jones Matrix Transmission）。 w ^A0l.{  
r&#q=R},p  
· 转换成琼斯矩阵传输器的步骤为：主菜单下Edit-Conversion-Jones Matrix Transmission ,YH.n>`s+  
?r/7:  
CZ@M~Si_  
· 该截图显示了转换后的琼斯矩阵传输器（Jones Matrix Transmission）。 1i{B47|  
· 它在状态栏中有显示。 IBR;q[Dj}  
/H)l\m +  
T]+*}C  
导入ASCLL文件 PUI.Un2C_  
·在下拉菜单中单击import选项。 i^=an?}/  
·选择ASCLL文件 m<j ^cU#J  
（﹡.txt格式）。 /c09-$M  
·选择文件 REa%kU  
MO.002_Diffraction_At_User_Defined_Phase_Plates_02.txt。 "5@Y\L  
· 单击打开按钮 ='s2S5#1  
CNzK-,   
·然后会出现下面对话框： wH<S0vl  
P9c1NX\-  
·  导入ASCLL物理解析数据选择Complex Amplitude Type Transmission项。 zX3O_  
· 导入的数据在VirtualLabTM中以双精度、浮点整数数据类型存储。用户可以选择存储Complex Data或实部。这些设置可帮助节省内存空间。基于这些设置可在保证精度的情况下在不用在内存中存储全部数据。 !-: a`Vs+  
· Field Quantity允许用户以数据的振幅平方、振幅、相位、实部或虚部等方式导入。 #df Aqg'  
· VirtualLabTM无法解析标题行，用户需要去掉数据类型的标题行以及其他类型的标题行。
a-7nA  
Od"-w<'  
· 用户需要用选择一个行分隔，同时数据行需用一个字符结尾。 s4w<X}O_  
· 右下角的表格给出了ASCLL文件的数据预览。无法解析的数据将以红色字体标出，同时弹出一条警告消息。 pt=[XhxC(>  
· 如果导入的ASCLL文件数据可以正确解析，那么点击Preview按钮可以进行预览。 NKd):>d%  
· 点击OK按钮导入。 RgEUTpX  
GU!|J71z  
n32?GRp  
]TGJ|X  
· 该截图显示了所导入传输器的相位。 }L@YLnc%  
位相板传输器的周期 bju0l[;=  
UF}fmDi  
· 位相板可以是周期或非周期的。 Um%E/0j  
· 周期位相板只有其中的一个周期能被导入。 n6oVx5/  
· 在主窗口的右侧激活Property Browser。 p/@z4TCNX  
· 在Property Browser中将属性 Periodic Transmission设为true。 O'(qeN<^w  
b\}`L"  
·位相板传输器的Sampling Distance导入之后被设为默认值（10×10um）。 E#T'=f[r~  
·在Property Browser中改变Sampling Distance和Array Size以达到目标值。 _,vJ0{*  
· 周期位相板中Array Size就等于周期值。 ~]N% {;F}  
· 将Array Size设为160×160um Z$2mVRS`c  
位相板的衍射模拟 |]Ockg[
  
· 在主菜单中以光路径图或傅里叶光学模式进行位相板的衍射模拟。 Rd2*  
· 两种方式的步骤将在下文中说明 y#r=^r]l)  
·光路径图模拟需要基本工具箱（Starter Toolbox Basic）。 ${`\In_?O  
/bg8oB4  
· 可在主菜单中以傅里叶光学模式进行位相板的衍射模拟。 #E>f.:)  
· 点击主菜单中点击Gaussian Wave生成照射光束。 75<E0O  
H.'_NCF&;L  
照射光束的束腰直径为500×500um. DT_012z  
8amtTM  
T_pE'U%[  
· Gaussian Wave对话框中可输入束腰半径，将半径设为250×250um。 G$ipWi  
· 点击OK按钮以生成照射光束的复振幅。 ci,o'`Q  
· 照射光束的强度如左图所示。 |Y:T3hra61  
#[J..i/h  
n_iq85  
P^+Og_$  
· 光束通过位相板传输的模拟可用照射光束复振幅与相位传输器的相乘运算来建模。 [4"%NY  
· 打开照射光束复振幅和位相板传输器窗口，然后点击“*”键，即可实现上述乘法运算。 }**^g:  
H,] D}r  
· 需要用到传输器的插值运算。 cpf8f i  
·VirtualLabTM需要知道用那种Interpolation Type。 h%#@Xd>.  
Continuous用于振幅和相位平滑调制传输器，pixelated传输器则包含矩形pixels。 =w,%W^"E  
·以pixelated为例进行说明。 J0^p\mG  
r)ga{Nn,.  
+BmA4/P$  
#~nI^ ggW  
· 左边截图为光场通过相位板后的振幅分布，右图为光场通过位相板后的相位分布。 erqg|TsFj  
· 右图显示位相板传输器在相乘过程中呈现周期性的重复。 eDG=-a4  
tWD*uAb  
· 下一步模拟光场通过位相板到达目标面的传输。 yv,90+k  
· 上述模拟可通过主菜单中的2f-Setup函数来实现。 ))u$j4V  
}i?P( Au  
· 将Focal Length设为100mm。 lkB
ab$S)  
· 点击OK按钮。 cND2(<jx:  
6]na#<  
· 目标面（2f-Setup的焦平面）的强度模拟。 h1J-AfV  
 ,8@@r7  
  ·[size=; font-size: 1em,1em]还可以利用光路径图进行模拟。
|(Io(e  
· 模拟需要基本工具箱（Starter Toolbox Basic）。 _/7[=e}y  
· 载入文件MO.002_Diffraction_At_User_Defined_Phase_Plates_03.lpd。 wXfy,W  
· 文件在VL_Samples文件夹中。 iQS?LksQX  
RQv`D&u_  
to+jQ9q8  
7-bU9{5  
P6;L\9=H<  
· 上述stored transmission用于光路图法模拟位相板衍射。 t4h5R  
· 双击stored transmission。 %5jxq9:K  
[K%Jt  
  ·Type of Transmission Function用来区分连续的振幅、相位调制传输和包含矩形像素离散的振幅、相位传输。 o{m$b2BW  
·Set和Show按钮分别用来设置和显示所模拟的传输器。 0p:n'P  
2=u5N[*  
hNSV}~h  
mLKwk6I  
[size=; font-size: 1em,1em]·点击GO按钮开始模拟。 qky{]qNW  
n(-XI&Kn  
结论 ,!PNfJA2  
· VirtualLabTM支持导入位图和ASCLL码文件定义的位相板。 5zfPh`U>1  
· stored transmission元件可用来对位相板建模。 N!^U{;X7/  
· 可以利用光路径图进行位相板的衍射模拟。 %q(n'^#Z.y  
QQ：2284816954 Qq^>7OU>Co