[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) *b,4qMr  
n%K^G4k^  
应用示例简述 l>*L Am5  
_~.S~;o!b  
1. 系统细节 3Q!)bMv \  
 光源 XP^[,)E  
— 高斯光束 aL^ 58My&  
 组件 {v}BtZ  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Qpocj:  
 探测器 d=eIsP'h  
— 视觉感知的仿真 oxNQNJ!X  
— 电磁场分布 GQ\;f  
 建模/设计 `Rx\wfr}  
— 场追迹： 0)]?@"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。 :6jh*,OHZl  
C$4!|Wg3  
2. 系统说明 o0 |T<_  
e]*@|e
4b  
!rTkH4!_  
3. 模拟 & 设计结果 p+#]Jr  
p8(Z{TSv  
4. 总结 t
d5! S]  
fk2p}  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 j@.^3:  
xQDWnpFc  
第1步 N oRPvFv  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 D9JHx+Xf>  
5pH6]$  
第2步 V*gh"gZ<  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 &3f^]n!@  
_6.Y3+7I  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 V`m9+<.1b  
2" u,f  
应用示例详细内容 @tlWyUju  
zALtG<_t  
系统参数 f~:wI
9  
UsgrI>|l  
1. 该应用实例的内容 y' RQ_Gi  
-"6Z@8=  
}"M5"?  
2. 设计&仿真任务 }=p+X:k=  
'fPDODE  
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。 1#KBf[0  
!3)WW)"!r  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 d}
<-G.&_  
ldt]=Sqy  
<UwYI_OX  
4. 参数：SLM像素阵列 mo"1|Q&  
NA+7ey6  
O>d [;Q  
5. 参数：SLM像素阵列 et=i@PB)  
jI%glO'2  
rE%HNPO  
应用示例详细内容 -tA_"q'^  
NqM=Nu\  
仿真&结果 8cGoo u6  
G7%f| Y  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 1 %8JMq\  
 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)。 7Y5.GW\^  
 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。 @H$Sv   
1E=E ?$9sg  
2. VirtualLab的SLM模块 7Q9| P?&:z  

sGx3O i   
+K?
sg;  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 !~tf0aY  
 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。 iKu4s  
P=.~LZZ]89  
3. SLM的光学功能 FuC\
qF  
7^<6|>j4  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 )Em`kle  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 #gVWLm<  
 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。 7^C&2k5G  
Dt\rrN:v  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd gv){&=9/  
{E0\mZ2  
 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。 }Fsr"RER@{  
\1hQ7:f;\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Tj+U:#!!~  
*T~b ox  
4. 对比：光栅的光学功能 &ET$ca`j#  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 LtUvFe  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 *fz#B/_o  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 Yl=-
j  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 R'8S)'l  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 yMt:
L)+  
@`ii3&W4  
_bt9{@)  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd w c  
fL*+[
v4  
5. 有间隔SLM的光学功能 ]D4lZK>H  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 p`EgMzVO,  
r
BOH9L  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd FY`t7_Y?GV  
x~=Mn%Ew0  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 11c\C Iu  
zB/VS_^^W:  
sOb]o[=  
6. 减少计算工作量 ]E)\>Jb  
w[$oH^7  
采样要求： L4Kg%icz l  
 至少1个点的间隔(每边)。 J*38GX+  
 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。 =zu;npM  
?#Y:2LqPC  
采样要求： 5nTcd
@lX  
 同样，至少1个点的间隔。 PpH ;p.-!d  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ,.h@tN<C  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 5{#s<%b.  
"$D'gSoYe  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 /;{L~f=et)  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 0+u>"7T  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 ,Xr`tQ<@  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 9dm<(I}  
e7bMK<:r  
^;F5ymb3U  
]
0BX5Z'  
Bl^BtE?-b  
7. 指定区域填充因子的仿真 8I Ip,#%v  
n`@dk_%yI  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 f( Dtv  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 h-RhmQA=Iz  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ec/>LJDX7  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 Z}t^i^u  
xR8.1T?8  
7WUvO  
8. 总结 z'Z[mrLq  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 y?P`vHf  
e6bh,BwgQq  
第1步 ><>%;HZ  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 Z`86YYGK  
{jH'W)nR  
第2步 m OE!`fd  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 CJ7S5  
扩展阅读 z@w}+fYO  
扩展阅读 +95v=[t#Ut  
 开始视频 t72rCq QC  
-    光路图介绍 [~X&J#  
 该应用示例相关文件： N3*1,/,l.  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 8qaU[u&$  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 U
^BM5b  
1Lk(G9CoY  
8ICV"8(  
QQ：2987619807 tbiM>qxB  

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%！ Bf;_~1+vLG  
报告大纲 y%;o  
dt,Z^z+"E  
（第一波——神秘现金红包抽奖环节） ^]D1':  
|\?u-O3  
1.浅谈中国物理光电教学行业大趋势及面临问题 "t(_r@qU/  
wW1\{<hgr  
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 \3^ue0  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）