[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) ?>5[~rMn  
y:(OZ%g  
应用示例简述 yjUZ40Dq  
,80qwN,  
1. 系统细节 K[0.4+  
 光源 <l]P <N8^  
— 高斯光束 v.:aICB5  
 组件 aAZS^S4v  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统  S[!K  
 探测器 =LV7K8FSd  
— 视觉感知的仿真 /^^t>L  
— 电磁场分布 :8aa#bA  
 建模/设计 u-PAi5&n  
— 场追迹： R06L4,/b  
 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。 \Zz"%i  
]|62l+  
2. 系统说明 )=l~XV  
t-Rfy`I3  

;q]Jm  
3. 模拟 & 设计结果 +aaj3m  
yQE|FbiA  
4. 总结 Y$hYW  
xF: O6KL  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 "*W:  
|D+"+w/
 
第1步 z<aBGG  
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。 $Llv6<B  
,?k[<C  
第2步 DhZuQpH
 
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 51j5AbFQ"  
1BT]_ cP  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 >QO^h<.>  
Jb~$Vrdy  
应用示例详细内容 :8b{|}aYV  
T<(1)N1H`  
系统参数 hw! l{yv  
|{W4JFKJ  
1. 该应用实例的内容 c'cK+32  
it]im  
TI4#A E  
2. 设计&仿真任务 .j?`U[V%a  
873$EiyXR  
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。 Cbu/7z   
t80s(e  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 JPQWRK^  
>qj.!npQD  
R<.<wQ4I  
4. 参数：SLM像素阵列 J1OZG6|e  
\7rAQ[\#V  
d: D`rpcC  
5. 参数：SLM像素阵列 3FRz&FS:j  
"fK`F/  
D.d(D:  
应用示例详细内容 oSVo~F  
9U[Gh97Sf  
仿真&结果 ;1qE:x}
'H  
.{+KKa $@G  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 3ARvSz@5  
 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)。 j>jZg<}J  
 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。 mGx!{v~i&  
\f| Hk*@  
2. VirtualLab的SLM模块 sF9{(Us  

hojP3 [  
5=/&[=  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ycYT1Sg8  
 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。 8vQGpIa,
 
+;z^qn  
3. SLM的光学功能 kc*zP=  
wEju`0#;  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 GX2aV6}  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 <Z{pjJ/  
 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。 eC%uu  
cr GFU?8  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd u.v 5!G  
rJLn=|uR  
 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。 <JtH/oN  
PJd7t%m;  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd b#ga  
VnlgX\$}  
4. 对比：光栅的光学功能 E/bIq}R6  
 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。 "FuOWI{in  
 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。 'Br:f_}  
 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)。 WFWQ;U{|  
 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。 -64@}Ts*?  
 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。 EY3x o-H  
Ah^0FU%!g  
7# >;iGuz  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd pypW  
k+-IuO  
5. 有间隔SLM的光学功能 >?Y)evW  
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。 eKRslMa  
&d,chb(  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 4%!
#=JCl  
?yAp&Ad  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 lKVy{X3]*  
Za,MzKd=  
3k YVk  
6. 减少计算工作量 E`E$ }iLs  
0!4;."S  
采样要求： @|I:A  
 至少1个点的间隔(每边)。 yH`4sd  
 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。 T,'{0q  
c}XuzgSY  
采样要求： FEOr'H<3x  
 同样，至少1个点的间隔。 P:~Xaz\F  
 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*H|z  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 +f5|qbX/\  
3k%fY  
 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。 ^pI&f{q  
 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。 Oup5LH!sW  
 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)。 D8S?xK7[  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 hMcSB8?  
=J@M,mbHg  
A/bxxB7w  
yQP!Vt^  
Z>897>  
7. 指定区域填充因子的仿真 M<Gr~RKmAn  
25bbuhss  
 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。 Cx N]fo  
 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。 Sn o7Ru2  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 #
=}dv8  
 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)。 iCz0T,  
<V
> [H7  
*.'9eC0s  
8. 总结 B/:
+(|  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 C]X:@^Hy  
]^f7s36  
第1步 ">{Ruv}$  
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。 a'NxsByG]s  
ywSV4ZtM  
第2步 m7dpr$J  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 [>P9_zID  
扩展阅读 N}$$<i2o  
扩展阅读 P4\{be>e  
 开始视频 E1|>O  
-    光路图介绍 i146@<\G{P  
 该应用示例相关文件： 3CKd[=-Z  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 -K"" 4SC2  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 PIZnzZ@Z;  
/0S2Omh  
[RAzKzC\M  
QQ：2987619807 /*V:Lh  

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报告大纲 5ya^k{`+ZO  
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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 qk3|fW/-  
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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 %D8.uGsh  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）