[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) ,quUGS  
m8x?`Gw~jw  
应用示例简述 R >SZE"  
R.l
!KIq  
1. 系统细节 AZ^
>osr  
 光源 3
djw  
— 高斯光束 K
^[m--  
 组件 8.^`~ta  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ,3eN&  
 探测器 C+ Y;D:  
— 视觉感知的仿真 4 #KC\C  
— 电磁场分布
uOKD#  
 建模/设计 xhCQRw  
— 场追迹： -^t.eZ*|  
 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。 GUM-|[~  
Wd(|w8J{a  
2. 系统说明 I(3~BOUn_  
PY4a3dp U  
{R[V  
3. 模拟 & 设计结果 L0H^S)g  
bF*Kb"!CF  
4. 总结 sh0x<_  
|0>rojMq  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _8-1wx  
H8B.c%_|U  
第1步 7@y}J5,  
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。 Xt:j~cVA  
C~K/yLCAi  
第2步 Yt:%)&50}-  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 "?<`]WG\  
Au/'|%2#(  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 -iW>T5f  
qJK9
C`T%  
应用示例详细内容 qzHsqlof  
k\/es1jOEh  
系统参数 n}1hmAhZ  
M&",7CPD(1  
1. 该应用实例的内容 n>:e8KVM;  
*!Gb_!98  
H15!QxD#  
2. 设计&仿真任务 rW~G'  
MIZ!+[At  
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。 
\>w 2D  
"]'W^Fg  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 qT4`3nH:  
kDE:KV<"c  
j\Fbi3H  
4. 参数：SLM像素阵列 H.l WHM+H4  
nSZp,?^  
[{T/2IGq  
5. 参数：SLM像素阵列 {\VsM#K6  
#L*MMC"  
Zw/??Tq b  
应用示例详细内容 7<2?NLE8*  
,g|ht%"  
仿真&结果 aK,\e/Oo  
KO}TCa  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM (f#{<^gd  
 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)。 -wNhbV2  
 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。 chE}`I?  
t)(>E'X x  
2. VirtualLab的SLM模块 v"J|Ebx
 

NB( G
E  
RzLeR%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。 Av/y  
 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。 xFp9H'j{  
 M[R'  
3. SLM的光学功能 RcI0n"Gi_  
(t,|FkVLV  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 *iPBpEWC  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 x^pHP
|<3`  
 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。 tf9a- s  
UC00zW<Z@"  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 
x_4{MD^%  
%.{xo.`a[  
 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。 k9&pX8#  
jwwst\f  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd kh>i#9Ie  
'1\UFz  
4. 对比：光栅的光学功能 cavzXz  
 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。 a-5#8  
 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。 l~*d0E-$  
 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)。 uv7tbI"r  
 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。 %9t=Iu*  
 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。 lstnxi%x  
P$`k* v  
%BRll  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd !
/e8x
;_  
k~$}&O  
5. 有间隔SLM的光学功能 u$x'P <b  
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。 KVpQ,x&q~  
Pj*"2 LBW#  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd \Q,5Ne'o  
_eaK:EW  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 8.' THLI  
yfe4}0}  
G0x!
:[  
6. 减少计算工作量 #j"N5e}U  
v
,c:cKj  
采样要求： :DBJ2n  
 至少1个点的间隔(每边)。 >vQKCc|93  
 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。 z8w@pT  
0 9*?'^s4  
采样要求： H^w Inkf>  
 同样，至少1个点的间隔。 M0RVEhX  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 4p`z%U~=u  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 &-`a
`  
th|TwD&mO  
 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。 p!cNn7{;  
 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。 jX91=
78d  
 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)。 =xHzhh  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 CK} _xq2b  
C;rK16cn  
|f"1I4Kg  
N
s`:=  
%@[ ~s,6<  
7. 指定区域填充因子的仿真
_VAX~Y]  
1VO>Bh.Wm  
 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。 -gLU>I7wV  
 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。 zB)wYKwZ  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 }kb6;4>c
 
 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)。 'xc=N  
>`.$Tyw  
(W$>!1~  
8. 总结 QU^?a~r  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 U^xtS g  
.&c!k1kH  
第1步 )u_[cEJHO  
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。 WEugm603  
9TOq
A4  
第2步 U~[ tp1Z)  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 1FmqNf:V7I  
扩展阅读 U10:@Wzh  
扩展阅读 u-#J!Z<T8  
 开始视频 AG<TY<nqL  
-    光路图介绍 D,;6$Pvg^  
 该应用示例相关文件： ,zH\&D$>u  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 BZWGXzOFh  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 1 gx(L*y,  
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7e`h,e=  
QQ：2987619807 S?LUSb  

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报告大纲 ngHPOI16  
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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 'uOzC"_yF  
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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 znl_~:.4]X  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）