[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) XxB%  
z;YX2G/{  
应用示例简述 ;rCCkA6  
/xA`VyH
O  
1. 系统细节 tnmz5Q  
 光源 X~; *zYd5  
— 高斯光束 H:1F=$0I9  
 组件 eLN(NSPoS  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 &
19z|Id  
 探测器 7,9zj1<  
— 视觉感知的仿真 '(($dT  
— 电磁场分布 LrV4^{9(  
 建模/设计 s.}:!fBk  
— 场追迹： );F /P0P  
 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。 Q
F_K^(  
I1Gk^wO  
2. 系统说明 !3at(+4  
F>3fP  
p7
)b@,  
3. 模拟 & 设计结果 1Yv#4t  
RE:$c!E!  
4. 总结 <~qhy{hRn  
nxYp9,c"  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 n1)m(,{  
oG;;='*  
第1步 J$<g"z3  
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。 =G2A Ufn  
!tD,phca~  
第2步 9Lxj ]W2^  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 AU +2'  
U~8 oE_+  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 7e-l`]  
PUViTb  
应用示例详细内容 4 p(KdYc  
V qW(S1w  
系统参数 /\9X0a2h|E  
sf5koe  
1. 该应用实例的内容 ='cr@[~i  
DNaU mz  
^CwzAB  
2. 设计&仿真任务 obE_`u l#  
B6b {hsO  
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。 ?9801Da#/  
$u9y H Z  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 xCV3HnZ  
\TrhJ  
ZIx,?E+eJ  
4. 参数：SLM像素阵列 bgm$<;`U  
eID"&SSU  
F3b[L^Km]  
5. 参数：SLM像素阵列 `1
KZ
14K  
eRa1eRgP  
s Hu~;)  
应用示例详细内容 G?MNM-2  
>w?O?&Q$  
仿真&结果 mYN|)QVKy  
@W^A%6"j  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 4y+]V~p  
 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)。 M>~jLu0@  
 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。 XH0R:+s  
52>?l C  
2. VirtualLab的SLM模块 Q<r O5 -K  

`W8GfbL  
l\*}  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 '@Y@H
,  
 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。 b'^-$  
y2^r.6"O  
3. SLM的光学功能 l0b Y  
3Cwqy#X#8  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 o;\0xuM@  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 t}`|\*a  
 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。 d;(L@9HHD  
^owEB%  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd NQ{ XIN~  
>)U 7$<&b  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 ID5?x8o#k  
VD+8j29  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 5 8p_b  
lbgnO s,  
4. 对比：光栅的光学功能 F)Yn1&a#H  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 .7Ys@;>B  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 * "ER8\  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 B.K"1o  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 -(qoz8H5  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 !Il>,q&F  
J~DP*}~XK  
7J,W#Ql)5  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd r['T.yo  
z>&Py(  
5. 有间隔SLM的光学功能 (Y'rEc#H&z  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 %7O`]ik:  
H[<"DP  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd nPfVZG
t  
2#*Bw=  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 } ~=53$+  
}o=R7n%  
Rh9>iA@fd  
6. 减少计算工作量 1F/`*z
 
8:$kFy\A'  
采样要求： .+ai dWd  
 至少1个点的间隔(每边)。 0d`s(b54;O  
 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。 -C
T?JB  
//Hn[wEOh  
采样要求： O<iE,PN)  
 同样，至少1个点的间隔。 ilayU  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ^%#v AS  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 .4_EaQ;jX  
2p@Rr7  
 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。 $62ospR^Y  
 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。 !7AW_l9`i  
 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)。 WSi Utf|g  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 zJ3{!E}`v  

lb{*,S  
!ygh`]6V  
{{SQL)yJ  
UR1U; k  
7. 指定区域填充因子的仿真 `-]*Qb+  
}j+ZF'#  
 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。 ysGK5kFz  
 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。 k/j]*~"
 
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 c/x ^I{b*  
 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)。 Rzj5B\+Rk(  
FGzB7w#  
,K+K`"Oy  
8. 总结 Y71io^td~j  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 F.c,FR2  
TW{.qed8^  
第1步 v'`C16&^]  
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。 ]A5FN4 E  
Gi6s
l_"q  
第2步 ucL}fnY1  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 wta\C{{  
扩展阅读 rNO'0Ck=
 
扩展阅读 yS@c2I602  
 开始视频 A'c0zWV2  
-    光路图介绍
-ce N}Cb3  
 该应用示例相关文件： jdK~]eld=  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 /[q6"R!uMz  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 :p;!\4)u  
VY<$~9a&1  
kl?U2A.=  
QQ：2987619807 _<6
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报告大纲 { }/  
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E^rBs2;9
  
1.浅谈中国物理光电教学行业大趋势及面临问题 QwhO/  
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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 %.$!VTO"  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）