[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) G5C=p:o{/  
@X_<y  
应用示例简述 W@X/Z8.(  
&, =Z  
1. 系统细节 q<5AB{Oj?  
 光源 ;y"=3-=vM"  
— 高斯光束 /-in:gX8  
 组件 8'niew 5d  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 mes/gqrJ1I  
 探测器 ]c67zyX=%  
— 视觉感知的仿真 !$q *~F"S  
— 电磁场分布 `R9}.?7  
 建模/设计 )SX2%&N  
— 场追迹： \yQs[l%J  
 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。 ;
9WS#>o  
*B$$6'hi`  
2. 系统说明 SFj:|S=v6j  
OMl<=;^:|  
?h7,q*rxk  
3. 模拟 & 设计结果 m$ubxI)  
uBr^TM$k&  
4. 总结 jrF#DDH?I  
riy@n<Z4  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 m2i'$
^a#  
z0yPBt1W  
第1步 a9+l:c@  
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。 LqDj4[}  
u\&F`esQ2  
第2步 C(4r>TNm  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 GKT^rc-YT-  
5a0&LNm  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ##_`)/t,  
;,OZ8g)LH  
应用示例详细内容 &8w MGahp  
Te\i;7;4u  
系统参数 kMCgfL  
'}F=U(!  
1. 该应用实例的内容 x{o&nhuk[S  
R6xJw2;_  
s<GR ?  
2. 设计&仿真任务 AW\#)Em  
v`G[6Z  
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。 i_[nW  
eu^B  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Xb/W[rcs  
eG\|E3Cb9  
-45xa$vv  
4. 参数：SLM像素阵列 n'i~1pM,?  
7uI~Xo?N  
:!c
NkJa  
5. 参数：SLM像素阵列 ^U5g7Emf  
?'jRUfl   
Xy[*)<  
应用示例详细内容 [f8mh88r  
3-%F)@n  
仿真&结果 Qf$3!O}G  
+~ZFao qf  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM  f^vz  
 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)。 ah8xiABa  
 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。 ]"T1clZKd(  
C7hJE-  
2. VirtualLab的SLM模块 B]_NI=d  

MODi:jsl  
xO` `X<  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 v"~0 3-SX  
 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。 =Felo8+   
T`Jj$Lue{
 
3. SLM的光学功能 |s}7<A  
9Q.}jV  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 :5 zXW;s  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 [ELg:f3}5  
 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。 o;^k"bo6  
:jP4GCxU|  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd $HE ?B{  
gA/8Df\G:l  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 s6F^z\6  
0DR:qw  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Zf [#~4  
d8V)eZYXy~  
4. 对比：光栅的光学功能 D(YNa  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 !=t.AgmL  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。  0+P[
0  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 ?_<14%r;  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 jeLC)lQ*  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 6+Bccqn|  
s${|A
=  
mY& HK)  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd V+yyy-/  
@x4IxGlUs  
5. 有间隔SLM的光学功能 uLK4tQ  
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。 -$0w-M8'  
5jS8{d0  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd OqW (C  
/OaW4 b$Tz  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 "A0J~YvYWJ  
qEW3k),  
)8244;  
6. 减少计算工作量 7z@Jw  
x[w!buV0\  
采样要求： ~UhTy~jya  
 至少1个点的间隔(每边)。 2uajK..b  
 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。 _R] qoUw;  
q,
->E<8  
采样要求： bFt$u]Yvo  
 同样，至少1个点的间隔。 v? VNWK2  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ySXQn#}-,  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ~Y3"vdd  
? 016  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 D$W
09ng-  
 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。 nTd[-3o  
 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)。 <dAD-2O+  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 nYF;.k  
cf7UV6D g  
,f(:i^iz!  
^vQ,t*Uj=  
^]A,Q%1q^  
7. 指定区域填充因子的仿真 (='e9H!3D  
m0(]%Kdw  
 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。 q4wS<,3  
 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。 [ {|868  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 @UG%B7  
 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)。 Tz"Xm/Gy  
UOwEA9q%  
HAtf/E]  
8. 总结 I6B`G Im5  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0K*|B.O  
g AZe&"K  
第1步 r`8>@2sW1  
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。 G7yR&x^  
#@cOyxUt  
第2步 hfBZ:es+  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 $ZEwz;HNo  
扩展阅读 {"x>ewAf  
扩展阅读 (X?'}Ur  
 开始视频 "Om4P|  
-    光路图介绍 |sIr}}  
 该应用示例相关文件： 6|O2i j-J  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 i4XE26B;e  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ;*Z.|?3MM  
mTsl"A>  
VYj*LiR  
QQ：2987619807 d77->FX2  

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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 %pR:.u|  
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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 POl[]ni=>  
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