[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) -mfdngp3  
qi51'@  
应用示例简述 F'Lav?^  
,RXfJh  
1. 系统细节
Fi3k  
 光源 D #Ku5~j  
— 高斯光束 7%` \E9t  
 组件 Q |1-j  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 VC T~"T2R  
 探测器 0r/
pZ3/  
— 视觉感知的仿真 /\-iV)h1@  
— 电磁场分布 DMXm$PU4V
 
 建模/设计 8`]1Nt!*B  
— 场追迹： hW Va4  
 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。 f#>ubmuI^  
C]01(UoSZ  
2. 系统说明 &Cykw$s  
=k0qj_  
K (!+l  
3. 模拟 & 设计结果 KEfx2{k b  
j-}WA"  
4. 总结 >Y>>lE! k  
 Oye:V  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 z4B-fS]  
aM6qYO!jA  
第1步 I[g;p8jr  
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。 o?]N2e&(  
0 v>*P*  
第2步 Nk ~"f5q7  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 V'Z Z4og  
_VM()n;  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 40i]I@:JK  

_X/`7!f  
应用示例详细内容
]38{du  
+BaZl<ZP1s  
系统参数 2Y-NxW^]  
Tj3xK%K_r3  
1. 该应用实例的内容 QKVFH:"3  
^6kE tTO*  
:d{-"RAG"  
2. 设计&仿真任务 SSH 1Ge5|  
m2esVvP  
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。 c8<qn+=%?  
xa&5o`>1G  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 7}%
Z>  

i"Z  
M[1!#Q><!  
4. 参数：SLM像素阵列 9o<5Z=  
\#%1t  
At$[&%}  
5. 参数：SLM像素阵列 kWW$*d$  
9Z!|oDP-  
VxTrL}{(6  
应用示例详细内容 QHmF,P  
Yn+d!w<3:  
仿真&结果 1Vi3/JM@
 
K@R * V  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM |%~Zo:Q<$>  
 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)。 QoBM2QYO  
 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。 g\~n5=-D  
M4rK  
2. VirtualLab的SLM模块 +ebmve \+  

?VRf5 Cr-  
p?idl`?^3  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 
CA[3R  
 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。 *MD\YFXR  
,B8u?{O  
3. SLM的光学功能 Gw@]w;
ed  
tmVGJ+gz  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 }T1.~E  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 29tih{xx  
 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。 6t!PHA  
`SM37({c  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd =+ vl+h  
vp2s)W8W  
 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。 =b_/_b$q  
AR?1_]"=  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd NR9=V  
:JD*uu  
4. 对比：光栅的光学功能 2R=Fc@MXs  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 ms/!8X$Mz  
 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。 qS?uMms7w  
 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)。 b-Xc6f  
 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。 6i7
+.#s  
 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。 W"[Q=$2<<  
I;GbS`  
;w(tXcXZ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd {"WfA  
,.,spoV  
5. 有间隔SLM的光学功能 ]X\p\n'@j  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 1a@b-V2 d&  
oUNuM%g9Dy  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd <;P40jDL  
]}z"H@k  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 S17 c#6vT  
#Mm1yXNu  
}BN!Xa  
6. 减少计算工作量 3;Y9<  
6z2WN|78  
采样要求： bx
._,G  
 至少1个点的间隔(每边)。 U-:"Wx%G  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 5[0W+W  
kA4bv}  
采样要求： @O9wit.  
 同样，至少1个点的间隔。 }/J<#}t  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 YS0^!7u  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 PUbfQg  
Qy7pM8~h  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 &1Cif$Y4w  
 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。 _X)`S"EsJ  
 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)。 ##5e:<c&[  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 e#!,/pE  
]Il}ymkIZ  
c@|f'V4  
:3A^5}iz  
7!PU}[:  
7. 指定区域填充因子的仿真 <TEDqQ  
pv"QgH  
 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。 k< $(  
 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。 `;)op3A'  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 )~be<G( a  
 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)。 L2> )HG
 
7RCVqc
"  
{xu~Dx  
8. 总结 ZfVw33z  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <V1y^EW0  
l&{+3aC:  
第1步 Y,M2D  
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。 QP7N#mh  
r*f:%epB%  
第2步 OMm'm\+/  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [Wn6d:  
扩展阅读 4Ul*`/d  
扩展阅读 nj=nSD  
 开始视频 B4t,@,\O  
-    光路图介绍 ;T3}#Q*qC  
 该应用示例相关文件： U[G5<&Z
^  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ,% *Jm
  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 2Q)pT$  
;nw}x4Y[  
g`I$U%a_2  
QQ：2987619807 4$^rzAi5  

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报告大纲 Rip[  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） T^H`$;\  
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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 85#+_}#  
]lA.?  
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 fX}dQN~z  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）