[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) W(;x\Nc7  
F(Lb8\to\M  
应用示例简述 k2EHco0BG  
oM6j>&$b  
1. 系统细节 99<4t$KH  
 光源 ppAmN0=G  
— 高斯光束 v6wRME;JA  
 组件 J.1O/Pw!.a  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 a?5WKO  
 探测器 ?qju DD  
— 视觉感知的仿真 `wNm%*g  
— 电磁场分布 WMW1B}Z3  
 建模/设计 fuq( 2&^  
— 场追迹： FoE|Js  
 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。 %tT"`%(+  
CPVzX%=  
2. 系统说明 sW }<zGYd  
3(1]FKZtt  
Z}|TW~J=  
3. 模拟 & 设计结果 8]S,u:E:N  
iJFr4o/R  
4. 总结 4HM;K_G%{  
AT"!{Y "H  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 }7K@e;YUg  
&|)hCJu  
第1步 7; p4Wg7k}  
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。 `,+#!)  
>9ob*6q,  
第2步 TI}}1ScA'  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 lK0s=4c{  
Vzpt(_><  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 <"<Mbbp  
UcgG  
应用示例详细内容 !{;[xXK4M  
hw;0t,1  
系统参数 N1%p"(  
=4eUAeH {w  
1. 该应用实例的内容 yH^f\u0  
Q8p=!K  
cgyp5\*>+  
2. 设计&仿真任务 5L F/5`  
YydA6IK4  
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。 ~8TF*3[}[  
zJ;Rt9<7-  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 3?Lgtkb8  
]Kv q
|}=  
9CB\n  
4. 参数：SLM像素阵列 cph~4wCS[U  
/#f^n]v  
-OrR $w|e  
5. 参数：SLM像素阵列 #b'N}2'p#V  
+td<{4oq8  
-ey)J +?t  
应用示例详细内容 uVGa(4u}  
{Bh("wg$Lk  
仿真&结果 %#u.J  
3V?817&6z  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM K/^ +eoW(  
 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)。 <?YA,"~  
 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。 e'34Pw!m  
Ql8bt77eI-  
2. VirtualLab的SLM模块 ~O{W;Cyh  

WWNu:,  
P>(P2~$Y"  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 bHE7yv [  
 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。 vg)Z]F=t(  
rFey4zzz  
3. SLM的光学功能 =LI:S|[4  
?DPHo)w  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 v`x|]-/M&  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 =\Iu$2r`
 
 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。 &+01+-1hW  
zC=a3  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd aE)by-'  
yS!(Ap  
 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。 hJf2o  
.IgRY\?Q  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd )#C mQXgG  
E)W@{?.o#  
4. 对比：光栅的光学功能 T  p<s1'"  
 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。 O-#TZ   
 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。  Q=#I9-  
 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)。 l+zb~  
 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。 _'!kuE,*1  
 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。 wfR&li{  
;JT(3yK4>p  
8md*wEjk  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Y/fJQ6DY  
+&5'uAe  
5. 有间隔SLM的光学功能 booRrTS  
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。 bcH_V|5
}  
^:KO_{3E  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd =sgdkAYwP  
QM'X@  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 X(Qu{HhI  
eg<pa'Hw  
pK}=*y~$  
6. 减少计算工作量 @MbVWiv  
MsOs{2 )2  
采样要求： 8 lT{1ro  
 至少1个点的间隔(每边)。 o6a0'vU><  
 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。 "& 25D  
)8,|-o=  
采样要求： I:l01W;  
 同样，至少1个点的间隔。 DHw<%Z-J  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Z[?mc|*x  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 KpHw-6"  
$_Nf-:D*  
 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。 xZ.!d.rn  
 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。 wTc)S6%7  
 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)。 ' cIEc1y  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 $B(kZ  
F<|t\KOW  
n3KI+I%nQ  
#7G*GbKY  
~h$wH{-U#  
7. 指定区域填充因子的仿真 Um`!%  
l\OLyQ  
 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。 `A@w7J'  
 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。 BuOgOYh9  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 bHE2,;o  
 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)。 3=mr "&]r:  
K.~q+IYP[  
WXw}^v  
8. 总结 P-`(0M7^  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 >ut" OL9J  
p@ NaD=9  
第1步 u=x+J=AH  
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。 C[sh,  
W?woNt'n  
第2步 XvTCK>1  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Z4b||  
扩展阅读 zeb=8Dg :  
扩展阅读 c9"r6j2m5  
 开始视频 zi@]83SS#  
-    光路图介绍 V)ig)(CT  
 该应用示例相关文件： <ABX0U[*  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 sgUud_r)4  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 W/$Zvl  
yLE7>48  
g4p  
QQ：2987619807 )kXhtjOl|  

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报告大纲 L^2FQti>  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） L pR''`2BT  
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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 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 VE+IKj!VG0  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）