[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) ~M _@_  
@FO=0_;y  
应用示例简述 Wl\.*^`k  
@Fvp~]jCb  
1. 系统细节 #Ie/|  
 光源 t<h[Lb%{T4  
— 高斯光束 4L)#ku$jW  
 组件 n W:P"L  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 oG{0{%*@  
 探测器 o"wvP~H  
— 视觉感知的仿真 @
komb IK  
— 电磁场分布 |zd+ \o  
 建模/设计 @ LPs.e  
— 场追迹： m~c6b{F3Z-  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 "{>BP$Jz  
a=@]Ov/  
2. 系统说明  -]n\|U<  
>h)D~U(H  
uW;[FTcqy$  
3. 模拟 & 设计结果 %'+}-w  
N(c`h  
4. 总结 S*PcK>  
O2N7qV3U,  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 weX%S&#?  
{+Zj}3o  
第1步 <UsFBF  
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。 &"lSq2  
c6-~PKJL  
第2步 aNUU' [  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 V) xwlvX  
ZQ1,6<^9i[  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 f^Io:V\  
qL2!\zt>g  
应用示例详细内容 -<0xS.^  
12]rfd   
系统参数 yjE$o?A  
80_}}op?8  
1. 该应用实例的内容 KwAc Ga}J  
aoUz_7  
@js`$  
2. 设计&仿真任务 (
4f]<Qt  

)gVz?-u+D  
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。 &TTvX%T  
WBN3:Y7  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 *q-VY[2  
vC^U
l  
9ERyr1-u v  
4. 参数：SLM像素阵列 U%rEW[j  
nPW=m`jG
 
B%n|%g6K|h  
5. 参数：SLM像素阵列 X<sM4dwxE  
\ gO!6  
DFMf"_p  
应用示例详细内容 ;:  xE'-  
V7<w9MM  
仿真&结果 NG5k9pJ  
~F"w  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 1<G,0Lt  
 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)。 >PYc57S1c  
 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。 0e +Qn&$#4  
qDS~|<Y5  
2. VirtualLab的SLM模块 A'aYH`j  

M{t/B-'4  
0" F\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。 LGh#  
 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。 )mH(Hx  
)8E[xBaO  
3. SLM的光学功能 K BlJJH`z{  
:#OaE,  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 tISb
' ^T  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 4(? Z1S  
 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/.8;.d;4Y  
kq*IC
&y  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd soOfk!b  
.U#oN_D  
 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。 yu}T><Wst  
1RauI0d*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ]E|E4K6g  
$\#wsI(  
4. 对比：光栅的光学功能 ,f~)CXNT?  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 hAJ^(|  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 A;TNR  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 ]u.)
6{  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 5Mp$u756  
 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。 TB_OFbI2  
)TcD-Jr  
7O~hA*Z  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd A |P wm`  
=)%~QK{Y  
5. 有间隔SLM的光学功能 S;SI#Vg@  
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。 r*c x_**  
s(:N>K5*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd =)f.Yf|A*  
nTE\EZ+=2  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 3F9dr@I.7  
WeIi{<u8R  
4|hfzCjMI  
6. 减少计算工作量 m0*_  
LYuMR,7E  
采样要求： be]Zx`)k  
 至少1个点的间隔(每边)。 $VeQvm*  
 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。 ynn>d  
'Uo|@tK  
采样要求： ,IPryI   
 同样，至少1个点的间隔。 {tuGkRY2~  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 E8.1jCL>{"  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 CtHsi8m  
KkSv23In  
 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。 %O*)'ni  
 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。 ([NS%  
 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)。 #U6~U6@  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。  -K4uqUp  
<%"CQT6g%  
8p]Krs:  
}q)dXFL=I#  
[ak[ZXC,  
7. 指定区域填充因子的仿真 Qv@)WJ="-0  
[?n}?0  
 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。 fK4NmdTV  
 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。 J6J; !~>_  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 1ifPc5j}  
 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)。 |Gt]V`4  
}^PdW3O*m,  
e9eBD   
8. 总结 4K!@9+Mz  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 G}`Hu_ [\)  

R-5e9vyS  
第1步 '.zr:l  
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。 Gx-tPW}  
KCfcEz  
第2步 7.B]B,]  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 &Fl*
,  
扩展阅读 T0BM:ofx  
扩展阅读 /pz(s+4=  
 开始视频 HNV"'p;  
-    光路图介绍 +w+qTZyky  
 该应用示例相关文件： C6c]M@6  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 MU~nvs;:  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 y_Nn%(j  
$c24lJ#/  
,8@U-7f,  
QQ：2987619807 ?N@p~ *x  

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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 K@zzseQ}=  
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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 xl~%hw
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（第二波——神秘现金红包抽奖环节）