[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) ;~/  
V^?
+|8_(  
应用示例简述 (Dc dR:/=  
C"hc.A&4  
1. 系统细节 I uhyBo  
 光源 HykJ}ezX4  
— 高斯光束 3tOnALv  
 组件 c#Ux{^ZE  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 .}a@OLJd  
 探测器 J+Y&a&j.  
— 视觉感知的仿真 C5;"mo-  
— 电磁场分布 }Y<(1w  
 建模/设计 uQpV1o5iA  
— 场追迹： R,6?1Z:J  
 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。 >I!dJH/gj  
6,cyi|s  
2. 系统说明 S}fIZ1  
<0&];5 on  
E/5w H/  
3. 模拟 & 设计结果  (lt/ t  
#(XP=PUj  
4. 总结 @bD,^3U  
){8^l0b  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 g($y4~#  
*:
GoS?Ma  
第1步 {e>}.R  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 P]!eM(  
~#(bX]+A  
第2步 JX>_imo  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ]sbu9O ^"f  
ydoCoD w  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 RHE< QG  
U'Vz   
应用示例详细内容 ?vM{9!M  
,X9Y/S l  
系统参数 YzEa?F*$  
' 71D:%p  
1. 该应用实例的内容 TLO-$>h  
z[CCgs&vqe  
s}/YcU
K  
2. 设计&仿真任务 /Xn
I>  
cBc6*%ZD  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 ~Dgui/r9J  
^Z2%b>  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 <R_3;5J%  
Etn]e;z4  
HLTz|P0JZ  
4. 参数：SLM像素阵列 QeU>%qKT  
[Zgy,j\\  
}2JSa8  
5. 参数：SLM像素阵列 h:j-Xd$H+  
KHdj#3<AR  
6t*=.b,N  
应用示例详细内容 fZXd<Fg+  
(3=.3[  
仿真&结果 #YhKAG@|  
/C3=-Hp  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ^c.b@BE  
 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)。 Q/0;r{@Tq}  
 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。 Y@;bA=Du}  
Y$Os&t@bu  
2. VirtualLab的SLM模块 cUS2*7h  

g/JAr<  
*4=Fy:R]O  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 42Ql^ka  
 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。 RC\TPG/8!  
];j
8vts&  
3. SLM的光学功能 x{RTI#a.  
+.[#C5  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Y5Ey%Mm6  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 WMl_$Fd6  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 o<T>G{XYB  
AGOK%[[Ws  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd YHCXVu<.b  
vjbot^W9  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 R)G'ILneV  
6S]GSS<  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd &[JI L=m5  
Og-Mnx3  
4. 对比：光栅的光学功能 "eGS~-DVK  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 r}03&h~Hc&  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 V
}@c5)(j  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。
;41s&~eR  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 Cg)#B+  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 s7T=/SC54  
28Q`O$=v  
5F&i/8Ib  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd JEFW}M)UGv  
_BcB@a  
5. 有间隔SLM的光学功能 ^W#[6]S  
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。 2ZLK`^S  
h-!(O^M  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd K\n %&w  
~x>IN1Vci  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 0nhsjN}v  
ZFrK'BvbR  
(;Lz`r'  
6. 减少计算工作量 L{ .r8wSrI  
VwtGHF'  
采样要求： TSE(K
t  
 至少1个点的间隔(每边)。 B(b[
Dbb  
 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。 TX;OA"3=\-  
\U~ggg0h  
采样要求： 5Ko
"-  
 同样，至少1个点的间隔。 EKwS~G.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。 s?OGB}  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Uf_w o  
@A$%baH0  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 etGquW.  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 *4A.R&Vu  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 ;x+4jpH]B  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 r@s, cCK9?  
MZ0uc2L=  
X,T^(p  
uiHlaMf  
Z AZQFr'*  
7. 指定区域填充因子的仿真 Nnv&~D>  
:(I)+;M}P  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 ) e;F@o3  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 nJ2l$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。 B%'Np7  
 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)。 Td8'z'  
xB9^DURr\  
;O5NZa!.73  
8. 总结 Rs<,kMRGVL  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 QC ]z--wu  
E*
RP8  
第1步 |L]dJ<  
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。 1 4(?mM3   
,QG,tf?  
第2步 |vEfE{  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 n7{1m$/  
扩展阅读 QKHmOVh]  
扩展阅读 Y]P $|JW):  
 开始视频 X*FK6,Y|(  
-    光路图介绍 9';0vrFeM  
 该应用示例相关文件： 5Vut4px  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 _L# Tp  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 CGv(dE,G&]  
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QQ：2987619807 })&0
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报告大纲 T-<^mX[}  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） - MBK/  
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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 9Ft)VX  
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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 T /]ayc:  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）