[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) 0"xPX#Cvj  
TrE3S'EU#R  
应用示例简述 .g\6g~n  
{bF1\S]2  
1. 系统细节 ++[5q+b  
 光源 xPmN},i'R$  
— 高斯光束 Cd#E"dY6  
 组件 qH%")7>  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 7N2\8kP  
 探测器 w#G2-?aj  
— 视觉感知的仿真 Aj"7q  
— 电磁场分布 ul5|.C  
 建模/设计 KSs1CF'i  
— 场追迹： 8{&["?  
 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。 H5wb_yBQ+  
$*~Iu%Az  
2. 系统说明 7CvD'QW /  
c"gsB!xh  
_JGs}aQ  
3. 模拟 & 设计结果 sDiHXDI_m  
1H4fJ3-  
4. 总结 9$d.P6|d>  
$v;dV@tB  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 B(HT.%r^A  
N=,j}FY  
第1步 3" Vd==oK~  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 0.(<'!"y  
|ek ak{js  
第2步 'u[%}S38  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 KI&:9j+M)  
PjqeE,5  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 }HZ{(?  
HD# r0)  
应用示例详细内容 2P~)I)3V  
hCc0sRp  
系统参数 |w)5;uQ&\  
k&s; {|!  
1. 该应用实例的内容 W3pQ?  
cqL(^R.  
`6w#8}  
2. 设计&仿真任务 jMpa?Jp1  
del
f ]  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 /
8CY0Ey  
`<vxG4=62\  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ;El <%{(  
+g
\;bLT  
y$oW!  
4. 参数：SLM像素阵列 K;kM_%9u  
Gbb\h  
VWvoQf^
+  
5. 参数：SLM像素阵列 LdWc X`K  
F1u)i  

!=zx  
应用示例详细内容 E 5kF^P  
n9}RW;N+u  
仿真&结果 obGWxI%a  
T_ ^C#>  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM uW[3G  
 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)。 ,{<Fz%  
 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。 Di.;<v#FL  
8M
93cyX  
2. VirtualLab的SLM模块 vl5){@   

%x2b0L\g  
\|q-+4]@,  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 YN#XmX%  
 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。 xXOw:A'  
w~-X>~
}  
3. SLM的光学功能 f-+.;`H)T  
/yK"t<p  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ,ep9V,+|  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 _t.FL@3e  
 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。 i
G-N  
SfDQ;1?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd OOLe[P3J3  
"L_-}B
K  
 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。 S:Xs'0K_  
iwo$\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd M:|/ijpN  
)F E8D  
4. 对比：光栅的光学功能 [$:@X V(  
 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。 x7gjG"V  
 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。 x u,htx  
 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)。 1f;or_f#k?  
 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。 F@<MT<TRf  
 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。 ;IhPvff  
3ZN>9`  
u\5g3BH  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd + (=I8s/  
=c]a {|W?  
5. 有间隔SLM的光学功能 'z](xG<  
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。 <ge}9pU)o^  
@YB85p"]J.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd GC?S]
;PL  
-$L(y@%X^  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 A^vvST%7  
i* gKtjx  
{Y"8~  
6. 减少计算工作量 aH^{Vv$]M@  
jJ-d/"(  
采样要求： @#CF".fuN>  
 至少1个点的间隔(每边)。 z5ZKks   
 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。 eaxfn]gV  
bQV("~#  
采样要求： ,4yG(O$)  
 同样，至少1个点的间隔。 2YluJ:LN  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 v,*Q]r0m  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 #nbn K  
L6kZ2-6  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 ;%!tf{Si  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 %t{Sb4XZ4k  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 wzbz}P>  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 d/4ubf+$k  
)O -cw7 >  
DA=qeVBg  
BDp:9yau  
? KF=W  
7. 指定区域填充因子的仿真 %A=|'6)k2  
:r-.r"[m-  
 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。 -O /T?H  
 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。 bkkSIl+Q  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 A{1 \f*  
 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)。 <H-tZDh5  
-B,cB  
H8sK}1.  
8. 总结 k_BSY=$e*D  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 =kF?_KN  
Tfr`?:yF  
第1步 W1;=J^<&1  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 Pm;I3r=R\  
IQ=CNby:  
第2步 5U3qr*/;m  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 :+<t2^)rD  
扩展阅读 ,,Jjr[A_j  
扩展阅读 )ph30B  
 开始视频 tr5'dX4]  
-    光路图介绍 e7lo!(>#  
 该应用示例相关文件： gUu&Vy\  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 l$=Gvb  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 gh'kUZG a  
~ t"n%SgY  
\4/:^T}*  
QQ：2987619807 @|E;}:?u  

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报告大纲 <ur KIu  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） A"Tc^Ij  
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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 &*X3
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5Xp$yX =  
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 9vB9k@9  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）