[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) D=j-!{zB  
36}?dRw#p  
应用示例简述 k:t]s_`<  
n9W(bG o  
1. 系统细节 Pr':51(  
 光源 Z]>O+  
— 高斯光束 KKja/p  
 组件 &#{Z(h.de  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ]#)()6)2v  
 探测器 !![DJ  
— 视觉感知的仿真
XRM_x:+]  
— 电磁场分布 ;w{tv($$  
 建模/设计 xI#9  
— 场追迹： ug
dQAg  
 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。 &FMc?wq  
U6glp@s  
2. 系统说明 M'7fO3&|  
}|0^EWL  
pnl{&<$C%C  
3. 模拟 & 设计结果 /?uPEKr  
Ec3}_`  
4. 总结 *v;2PP[^  
'nzg6^I7g  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 h]IxXP?h[  
Sq>dt[7  
第1步 Xb|:vr\v  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 LM:vsG  
K[I=6  
第2步 }MJy +Z8&  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 a@_4PWzF:  
e(]!GA  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 pNG:0  
2%DSUv:H%  
应用示例详细内容 @E&J_un  
G,&<<2{(f;  
系统参数 5Yg'BkEr  
@6Y?\Wx$w  
1. 该应用实例的内容 j8v8uZ;x  
F|SXn\  
+SP{hHa^  
2. 设计&仿真任务 xT3BHnQ(  
3]5^r}  
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。 &PR5q
7  
&|s
0P   
3. 参数：输入近乎平行的激光束 @x*c1%wg  
HZ aV7dOZ8  
rMdt:`  
4. 参数：SLM像素阵列 Ot4 Z{mA  
S3q&rqarC%  
\T4v|Pw\  
5. 参数：SLM像素阵列 OV1_|##LC  
Eq%}  
5dx$HE&b)  
应用示例详细内容 I:=S0&%)  
J?*1*h   
仿真&结果 +5w))9@  
n<Z({\9&H  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 7o7)0l9!  
 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)。 @CpfP;*{w`  
 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。 RVZ")Z(  
vk}n,ecl  
2. VirtualLab的SLM模块 =ElO?9&  

P}Gj%4/G  
_zR+i]9   
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ~uj#4>3T  
 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。 LD+{o4i  
/ kF)  
3. SLM的光学功能 6LvW?z(J  
k9<;woOBO  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 $jjfC  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Xc=Y  
 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。 {0L1X6eg  
tP:lP#9  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd Z_LFIz*c  
n7zm>&  
 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。 IB(6+n,6s  
RFi S@.7  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd $[Sc0dzJ  
"H=6j)Cb  
4. 对比：光栅的光学功能 0.\/\V:H6  
 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。 q;B4WL}  
 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。 _?-E7:Sw  
 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)。 -z ID x  
 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。 .u)X3..J  
 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。 > $O]Eu!  
=-0/k;^  
nXaC3W:"  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd qFicBpB  
yks__ylrl(  
5. 有间隔SLM的光学功能 _:ReN_0  
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。 )\1@V+!E%  
[meO[otb  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd o8 IL$:  
R8Wr^s>'  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 `Syl:rU~y@  
u0}vWkn\4  
sv2A-Dld  
6. 减少计算工作量 l?E{YQq]  
s%vis{2  
采样要求： C>ICu*PW  
 至少1个点的间隔(每边)。 *1ilkmL%  
 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。 f- K+]aZ)  
pf]xqhL  
采样要求： c_
dVWh e  
 同样，至少1个点的间隔。 F6LH $C  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 O;+ m
aY^l  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 'S20\hwt-  
t0(A4E  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 UBv
,=v  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 To\QjP-  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 Fh)IgzFj  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 -$t{>gO#Y  
eJrQ\>z]V&  
p99]  
^NLmgwQ  
;/bewivNJ  
7. 指定区域填充因子的仿真 \J4L:.`qS  
%{7|1>8  
 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。 }V'}E\\  
 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。 3>3Kwc~E  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 L s G\OG  
 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)。 e-~N"  
UI0(=>L  
3(``#7  
8. 总结 gGR"Z]DBk  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 AL[KpY  
mJ<=n?{Z  
第1步 j9m_jv  
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.q7b]  
t;){D:]k  
第2步 hl;u'_AB  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 @Rg/~\K  
扩展阅读 c|f<u{'  
扩展阅读 tCw<Ip  
 开始视频 R%Hi+#/dr-  
-    光路图介绍 !:)s"|=  
 该应用示例相关文件： f<-Jg  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 LmRy1T,act  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 jY&k  
)Fc%+TpKi  
Ih@61>X.o*  
QQ：2987619807 !zBhbmlKt  

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报告大纲 #TeG-sFJg@  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） q6@Lp^f  
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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 )}g(b=  
)5rb&M}  
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

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（第二波——神秘现金红包抽奖环节）