[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) x?Wt\<|h!  
,e"A9ik#  
应用示例简述 >M.?qs4  
A`4Di8'Me  
1. 系统细节 OCy\aCp  
 光源 b`Wn98s  
— 高斯光束 Qy ; M:q  
 组件 U_a)g
X  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 HgG-r&r!2  
 探测器 C]aa^_Ldd-  
— 视觉感知的仿真 .8is!TT  
— 电磁场分布 !O$*/7  
 建模/设计 G9\Bi-'ul
 
— 场追迹： Zl]Zy}p*+  
 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。 DQg:W |A  
\GtZX!0  
2. 系统说明 E-,74B&H  
p},6W,f  
-&Fxg>FrYb  
3. 模拟 & 设计结果 @+",f]  
IY|;}mIF  
4. 总结 mi|O)6>8n  
&fYx0JT  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 k4_Fn61J/  
qF6
YH  
第1步 8?']W\)  
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。 yWIM,2x}  
$Aww5G5e  
第2步 [|U
W_Bz  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 `gqBJi  
E0=-6j  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 puS'9Lpp  
;VS;),h/  
应用示例详细内容 R!xs;|]  
b:7;zOtF  
系统参数 \()\pp~4  
8?W!U*0aS  
1. 该应用实例的内容 9\*xK%T+  
wgSA6mQZ  
]+[ NX)=  
2. 设计&仿真任务 y]=v+Q*+  
zQxZR}'  
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。 P,!W\N%3  
UuxWP\~2  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 7dX1.}M<(  
/s6':~4  
`Oys&]vb  
4. 参数：SLM像素阵列 D_O%[u
}  
oUZwZ_yKW  
kgK7 T  
5. 参数：SLM像素阵列 uc%75TJ@  
W<;i~W
 
EA75 D&>I  
应用示例详细内容 ;^:~xJFx|  
+IVVsVp
 
仿真&结果 uW4G!Kw28  
-w 2!k  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 2Iz@lrO6  
 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)。 a#!Vi93  
 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。 HeGGAjc  
L3nHvKA]  
2. VirtualLab的SLM模块 %x
LziF  

$${ebt  
UuT>qWxQ8  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 4cJ^L <  
 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。 6\O4R  
?C.C?h6F5B  
3. SLM的光学功能 {exF"ap  
P%pB]d.qpi  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 A3&8@/6,  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 
#x#.@  
 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。 /.05rTpp  
OdRXNk:k-j  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd x:;8U i"&B  
bm%2K@ /U  
 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。 VjYfnvE  
(h/v"dV;  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd N3vk<sr@  
\I#lLP  
4. 对比：光栅的光学功能 a>sUq["  
 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。 |Y/iq9l  
 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。 K]@6&H-b|  
 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)。 LLgN%!&  
 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。 ,Q(n(m'  
 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。 D8`,PXtV  
:Iwe>;}  
$g#X9/+<  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd o [ar.+[  
OD>-^W t;%  
5. 有间隔SLM的光学功能 TKoO\\  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 tDEpR  
sF_.9G)S0  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd E'[pNU*"x-  
CNbrXN  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ~DqNA%Mb  
"793R^Tz  
76=uk!#3{  
6. 减少计算工作量 F1Egcx/$V  
j(nPWEyJM  
采样要求： Vl^jTX5N  
 至少1个点的间隔(每边)。 8Mws?]\/q  
 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。 !6<2JNf  
o>U%3-+T^J  
采样要求： Yz-b~D/=}  
 同样，至少1个点的间隔。 ?/#HTg)!B  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。
q#sMew\{  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Gjy'30IF  
*XtZ;os]  
 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。 5Odi\SJ&  
 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。 a^Zn }R r  
 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)。 3w{i5gGn  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。
[`ttNW(_  

,iSs2&$m  
\,p)  
 Kn\Oj=4  
C6'[Tn  
7. 指定区域填充因子的仿真  PJkMn  
)E6m}?H5  
 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。 J=4S\0Z*  
 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。 [>"qOFCr#:  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 vNE91  
 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)。 <YJU?G:@  
P7u5Ykc*  
/jj}.X7yH  
8. 总结 L
gUaX  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 gN mp'Lm  
hCr7%`  
第1步 [gv2fqpP  
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。 OkzfQ hC}  
r T*:1  
第2步 :4Q_\'P  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 7!MW`L/`  
扩展阅读 $: Qi9N
 
扩展阅读 FpW{=4yk  
 开始视频 !(SaE'  
-    光路图介绍 GVEjB;  
 该应用示例相关文件： II~D66 bF  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 aYPzN<"%  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 I"@5=m5  
yRvq3>mU  
W&bh&KzCW  
QQ：2987619807 ~f%gW  

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报告大纲 PU-;Q@< E  
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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 M{z+=c&w  

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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 6= 9  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）