[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) cYt!n5w~W  
~&bq0(  
应用示例简述 icK/],  
Th%Sjgsn
 
1. 系统细节 a:6m7U)P#5  
 光源 d6 5L!4  
— 高斯光束 ekCC5P!  
 组件 [cp+i^f  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 o"#\ >  
 探测器 aw42oLk  
— 视觉感知的仿真 G'A R`"F  
— 电磁场分布 M/gGoE{  
 建模/设计 LFtt gY  
— 场追迹： g}',(tPMZ  
 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。 D}X\Ca"h  

3$9W%3  
2. 系统说明 n6a`;0f[R  
W6/yn
 
y h9*z3  
3. 模拟 & 设计结果 @I!0-OjL  
FJP-y5  
4. 总结 S|`o]?nc>  
e**qF=HCw  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 [u*5z.^  
<W$mj04@  
第1步 ,DkNLE  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 W:L AP R  
Q$@I"V&G.  
第2步 y_lU=(%
Jd  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 YcpoL@ab  
jtc]>]6i  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 81Z) eO#  
!d0kV,F:  
应用示例详细内容 dNeVo|Y~h  
SNI)9k(T{  
系统参数 B,epzI  
[K0(RDV)%  
1. 该应用实例的内容 7E~;xn;  
N5b!.B x-w  
._{H~R|  
2. 设计&仿真任务 )|=j`jCC  
&FN.:_E  
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 HJ`,#  
P me^l%M  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 eV?2LtT#5  
y/ef>ZZ  
O[JL+g4  
4. 参数：SLM像素阵列 l]l'4@1   
QE`
bSI  
.jWC$SVR  
5. 参数：SLM像素阵列 _.Uh)-yR  
L>4"(  
VQ9/Gxdeo  
应用示例详细内容 lp%pbx43s  
C1 GKLl~  
仿真&结果 ^yN&ZI3P&  
t=W}SH  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 57']#j#"hj  
 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)。 -fW*vE:  
 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。 hy"\RW  
Od,qbU4O  
2. VirtualLab的SLM模块 @O^6&\s>  

57  
,S]7 'UP  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 =R$u[~Xl2X  
 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。 dk4CpN  
Tq
n@P  
3. SLM的光学功能 Ig0VW)@  
w-L=LWL\  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 EaY?aAuS:  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 <FkFs{(t  
 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。 XrGglBIV  
8\A#CQ5b  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd scz&h#0V  
9w"4K.  
 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。 
< !C)x  
m'=Crei  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd yZU6xY  
}-2 2XYh  
4. 对比：光栅的光学功能 ytJ/g/,A0i  
 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。 0gP}zM73  
 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。 bI9~jWgGp  
 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)。 LG|fq/;  
 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。 Gk&)08  
 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。 H;k~oIsk  
Ww+IWW@  
>7T'OC  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd k|PN0&J  
paE[rS\  
5. 有间隔SLM的光学功能 Ee%%d  
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。 5 ,B_u%bb  
By",rD- r  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd $AjHbU.I{  
:g=qz~2Xk  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 .|>3k'<l  
cO+qs[ BQ  
Nv}=L : E  
6. 减少计算工作量 ' ;FnIZ  
V]e8a"/[{  
采样要求： lc1(t:"[  
 至少1个点的间隔(每边)。 }t=!(GOb}  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 !v_|zoCEj  
oC: {aK6\  
采样要求： S8wLmd>  
 同样，至少1个点的间隔。 g<;q.ZylT  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 7<#U(,YEA  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 c&
?m>2^6  
l<LP&  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 03qQ'pq  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 %i9E @EV  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 RSyUaA  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 %G/hD  
17[3/m8a  
I7vz+>Jr  
< #}5IQ5`Z  
BB!THj69a6  
7. 指定区域填充因子的仿真 z2_*%S@  
HIR~"It$  
 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。 vkx7paY_  
 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。 ~Z?TFg  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Vl/+;6_  
 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)。 r?lf($D*  
2~1SQ.Q<RY  
JPc+rfF  
8. 总结 0y" $MC v  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0KcyLAJ  
r6MMCJ|G  
第1步 P}y +G|  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 9Zt`u,;  
RXpw!  
第2步 \K{0L  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 UXc-k  
扩展阅读 ug!s7fo^  
扩展阅读 7$vYo _  
 开始视频 Pw7]r<Q  
-    光路图介绍 <ro7vPKNa  
 该应用示例相关文件： LqoB 10Kc\  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 6Z6'}BDP  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 B:;pvW]  
uGf@  
h5{'Q$Erl  
QQ：2987619807 G_3O]BMKd)  

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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 m4[;(1  
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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 du $:jN\}  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）