[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) t= #&fSR  
g"VMeW^  
应用示例简述 uQ1@b-e`5  
oqd;6[%G  
1. 系统细节 4u;9
J*r4  
 光源 <UP m=Hb  
— 高斯光束 [Nm4sI11  
 组件 %r\n%$@_  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 =wWpP-J&  
 探测器 k%c{ETdE  
— 视觉感知的仿真 N2r/ho}8  
— 电磁场分布 b}^S.;vNj  
 建模/设计 VosZJv=  
— 场追迹： Ex amD">
T  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。  mEG6  
+n0r0:z0  
2. 系统说明 X
N=67f$Hw  
S0,R_d')  
$@-P5WcRs  
3. 模拟 & 设计结果 %8~Q!=*Iq  
Rd \.:u  
4. 总结 C*=Xk/0  
BXms;[  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Kb#4ILA  
!LMN[3M_  
第1步 jl.p'$Fbn  
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。 7w:ef0S  
d_UN
0YT<  
第2步 H<hVTc{K  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 S_MyoXV  
g,tjm(  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 (/d5UIM{&  
qU2~fNY  
应用示例详细内容 H={DB  
r`y ezbG  
系统参数 hd\gH^wk  
H`bSYjgM!  
1. 该应用实例的内容 "I?Am&>'  
:bV mgLgG  
G@FI0\t  
2. 设计&仿真任务 $n^MD_1!  
o./.Q9e7  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 y.5/?{GL  
<U5wB]]  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 E1dD7r\  
[Aj Q#;#Q  
Hgeg@RP Q  
4. 参数：SLM像素阵列 h^,8rd  
~vmdXR`'T  
fx=Awba  
5. 参数：SLM像素阵列 '
w>_+jLT  
d2oh/j6`TA  
](tx<3h  
应用示例详细内容 ZUz ^!d  
v(*C%.M)  
仿真&结果 Y$N)^=7  
H gTUy[(  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM I}e3zf>  
 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)。 U~h'*nV&  
 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。 P71(  
bfB\h*XO  
2. VirtualLab的SLM模块 $vHU$lZ/W  

u p.Q>
28r  
{Q+gZcu  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 R>DaOH2K*  
 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。 sK{l 9  
ju}fL<<e  
3. SLM的光学功能 7g R@$(1Z  
l"\~yNgk  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 mNmLyU=d  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 `D9]*c !mO  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 "UEv&mQ  
<%xS{!'}  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd x~.:64  
<0yE 5Mrf  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 y=In?QN{6*  
R'
kyrEO  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd /Q,{?';~  
G
pm{m:$L  
4. 对比：光栅的光学功能 *~m+Nc`D,N  
 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。 &1+X\c+tb  
 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。 &/Ro lIHF  
 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)。 jTLSdul+  
 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。 D:Q 21Ch  
 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。 83;NIE;  
SQeRSz8bK4  
)c l5B{1P  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd p>_;^&>&  
V([~r,  
5. 有间隔SLM的光学功能 PrudhUI^  
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。 :4^\3~i1X  
V5p= mmnA,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd `
%09xMPu  
)DYI .  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 W8lx~:v  
DGevE~  
e</$ s  
6. 减少计算工作量 AfG/JWSo}  
^z,_+},a3T  
采样要求： "5eNLqt^q  
 至少1个点的间隔(每边)。 q>w)"Dd  
 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。 XUuu-wm:}  
{EdH$l>94  
采样要求： # O4gg  
 同样，至少1个点的间隔。 $lhC{&tBV  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Me6+~"am/  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 +za8=`2o  
c1%H4j4/  
 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。 0\2\*I}?  
 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。 ;<0LXYL;  
 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)。 gKOOHUCb
 
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 U%h);!<  
Z3!f^vAi&  
O5H9Y}i]  
tgjr&G}a@0  
F @Te@n  
7. 指定区域填充因子的仿真 "*,XL uv>  
%F kMv  
 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。 L28*1]\Jh  
 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。 ZNYH#mJX*  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 2< hAa9y  
 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)。 !Ci~!)$z6  
N41R  
@y31NH(  
8. 总结 [b:e:P 2  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4nAa`(62  
LHJ":^  
第1步 r!,}Z=cGe  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 W d0NT@  
nNXgW  
第2步 N25V]  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 u !!X6<  
扩展阅读 4[r/}/iGo  
扩展阅读 85;b9k&\M  
 开始视频 w>b-} t  
-    光路图介绍 d6i6hcQE  
 该应用示例相关文件： .k[o$z\EkF  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 LL$_zK{  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 @(C1_  
2 1PFR:lP7  
M@
W[Bz  
QQ：2987619807 I7^zU3]Ul  

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报告大纲 5X.e*;  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） 09o~9
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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 F_uY{bg  
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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 j]0^y}5f+s  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）