[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) i 4}4U  
vb&1 S  
应用示例简述 Mu1H*;_8  
tom1u>1n  
1. 系统细节 C >@T+xOZ  
 光源 )s#NQ.T[  
— 高斯光束 tny^sG/'  
 组件 8C[W;&Y=  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 H3}eFl=i2  
 探测器 u{asKUce\  
— 视觉感知的仿真 p)x*uqSd  
— 电磁场分布 UY ^d
FbJ  
 建模/设计 %Voq"}}N  
— 场追迹： f;PPB@ :`$  
 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。 vp[;rDsIJ$  
nDFF,ge;a#  
2. 系统说明 J~e%EjN5e  
5xS ze;  
`wMHjcUP  
3. 模拟 & 设计结果 9<" .
1  
,k9@%{4 l  
4. 总结 OBCH%\;g  
B#A .-nb  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 7U3b YU~;  
]_hrYjX;  
第1步 1#Ls4+]5  
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。 tc|`cB3f  
FFG/v`NM  
第2步 lI)RaiMr=  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 @)\{u$  
ycD}7  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ZH1W#dt`[  
O(_a6s+m  
应用示例详细内容 K> rZJ[a  
7\T~KYb?  
系统参数 :xBG~D  
}C'H@:/  
1. 该应用实例的内容 
L@&(>  
c; MF  
<=yqV]JR  
2. 设计&仿真任务 =JR6-A1>  
[9lfR5=Xw[  
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。 ./KXElvQ%  
DHnO ,"  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 =_"[ &^  
IAlX^6s*  
0DZ}8"2  
4. 参数：SLM像素阵列 17..  
O'WBO"  
H}p5qW.tH:  
5. 参数：SLM像素阵列 &Q>tV+*  
3= q,k<=L  
5;alq]m7  
应用示例详细内容 fPA5]a9  
C&1()U  
仿真&结果 ^z^zsNx  
ov9+6'zya  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM r](%9Y  
 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)。 k%gO  
 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。 8NUVHcB6  
z2 m(<zb  
2. VirtualLab的SLM模块 J}{a&3@Hm  

2C&G'@>  
Nr(t5TP^  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 h,palP6^  
 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。 w y\0o  
er%D`VHe  
3. SLM的光学功能 - Mubq  
3
+uCTn0%  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 }}Kjb  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 `Vf k
.OP  
 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。 jI;iTKjB(  
;WqWD
-C  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd zQ=c6xvm8  
}iE!( 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。 3%0ShMFP@  
N+3]C9 2o  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ?r}'0dW  
ER'zjI>t@  
4. 对比：光栅的光学功能 >%?kp[  
 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
@H8oZ[  
 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。 j]X$7  
 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)。 <=g{E-  
 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。 @L/p  
 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。 "rJJ~[Y  
c*~/`lG  
xaw)iC[gI{  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd hUo}n>Aa  
u
;/5@ADW
 
5. 有间隔SLM的光学功能 tF&g3)D:NV  
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。 }NgevsV>;  
9()d7Y#d/`  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd v*[oe  
)%6h9xyXt  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Zai:?%^  
1I#]OY#>  
|H%[tkW6c  
6. 减少计算工作量 `v"p""_H  
m(0c|-  
采样要求： "+{>"_KV  
 至少1个点的间隔(每边)。 ,ej89  
 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。 a^5.gfzA  
t8:QK9|1  
采样要求： {n'+P3\T:  
 同样，至少1个点的间隔。 9[@K4&  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 5%#V>|@e#  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 T4fVZd)x  
U-6pia/o  
 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。 rFLm!J]  
 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。 q,%lG$0v  
 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)。 /9o g
g  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 +!JTEKHKH  
_+*+,Vx  
>gSiH#>  
6Qw5_V^0o  
NQu.%=  
7. 指定区域填充因子的仿真 y8e'weK  
wOLA8UYW  
 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。 l6~wm1vO  
 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。 6>)oG6  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 fP>~ @^  
 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)。 ,u@V
i0  
TO5#iiM)  
$sS;#r0  
8. 总结 Ucqn3&  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ah2L8jN"  
69iY)Ob/  
第1步 z?M_Cz;:J  
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。 kes GwMr"e  
3X:)r<  
第2步 [~Vj(H=KwI  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 m3']/}xHO  
扩展阅读 my+2@ln  
扩展阅读 m#Dae\w&  
 开始视频 'i;/?'!W6  
-    光路图介绍 ]*v[6 +  
 该应用示例相关文件： uWjSqyb:  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 'wT !X[jF  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 uN*Ynf(:-  
vhE^jS<Tg  
u5O`
|I@R  
QQ：2987619807 f=T-4Of  

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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 nduUuCIY.  
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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 NC
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