[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) nK`H;k  
.Ms$)1  
应用示例简述 AZ SaI  
gZ us}U  
1. 系统细节 I:WPP'L4o  
 光源 lNMJcl3  
— 高斯光束 \[ W`hhJ  
 组件 k>=wwPy  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 OKA6S*  
 探测器 L+Gi  
— 视觉感知的仿真 ZU`HaL$  
— 电磁场分布 4{h^O@*g  
 建模/设计 Yc5<Y-W  
— 场追迹： gX(8V*os^  
 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。 ]d*O>Pm  
c^R "g)gr  
2. 系统说明 212 =+k  
P0rdGf 5T  
%;#9lkOXWH  
3. 模拟 & 设计结果 N6v*X+4JH  
O]l-4X#8F  
4. 总结 _zLEHEZ-  
qc3?Aplj  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 I#xhmsF  
*7qa]i^]  
第1步 _k5$.f:Yj<  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 u@aM8Na  
_+gpdQq\p  
第2步 bBQHxH}vi  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 M#yUdl7d  
iHWt;]  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 hysxHOL  
BT(G9Pj;  
应用示例详细内容 ?[ D6|gp  
nZ`=Up p)  
系统参数 .yb8<qs  
vIFx'S~D  
1. 该应用实例的内容 +EZr@  
0qBXL;sE  
fVZ_*'v  
2. 设计&仿真任务 r<*Y1;7H'  
z=LO$,JW`  
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。 gIcPKj"8${  
7VJf~\%1j  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 l4OPzNc'  
vf`]  
~5Rh7   
4. 参数：SLM像素阵列 bL5dCQxty  
&0mhO+g
 
vw` '9~  
5. 参数：SLM像素阵列 -Q!?=JNtQ  
=IIE]<z  
l_x>.'a  
应用示例详细内容 qche7kg!a  
s3M#ua#mX  
仿真&结果 :Czvwp{z  
b;I!CyD  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM S*rcXG6Q^  
 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)。 vaZ?>94  
 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。 GF
Rd:e  
UOIZ8Po  
2. VirtualLab的SLM模块 qxD<mZ@-R0  

%;G!gJeE  
y] ~X{v  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ~0n9In%  
 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。 X .S8vlb4z  
n]btazM{   
3. SLM的光学功能 Fw;Y)y=O  
QLTE`t5w3'  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 W&^2Fb  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 yDw^xGws  
 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。 L G9#D  
II_MY#0X  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd H %PIE1_  
dnTXx*I:  
 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。 Iyvl6  
 ,#
-^  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd #D!3a%u0  
k4nA+k<WI`  
4. 对比：光栅的光学功能 __||cQ  
 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。 jfrUOl'l  
 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。 2!Ex55  
 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)。 ~LzTqMHM  
 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。 ';7|H|,F
 
 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。 8%#uZG\}  
UJF }Ye  
v]27+/a$c  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd oApI/o  
WJL,L[XC  
5. 有间隔SLM的光学功能 y/2U:H  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 Afa{f}st  
`P4qEsZE>`  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd k .l,>s`!  
mwTn}h3N  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 _V|'iz9.  
JGD{cr[S  
K+mtuB]yr  
6. 减少计算工作量 wh:`4Yw  
}Mo9r4}  
采样要求： p:ST$1 K  
 至少1个点的间隔(每边)。 cw<DM%p  
 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。 :<IW'  
F]?$Q'U  
采样要求： Tm^zoVi
 
 同样，至少1个点的间隔。  )Bk?"q  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 .]H]H*wC  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 [l5"'{x  
Bv@m)$9\+3  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 90aPIs-  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 r5iO%JFg  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 U w`LWG3T  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 P[nWmY  
mLY*  
<p0$Q!^dK=  
|H_)u  
(\/HGxv  
7. 指定区域填充因子的仿真 @7^#_772  
8rp-Xi
W  
 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。 pmW=l/6+V3  
 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。 Nyqm0C6m^  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ZJ[ Uz_%W  
 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)。 A#  M  
1v\-jM
"  
F5<{-{Ky  
8. 总结 C${TC+z  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 >6DY3\  
Gj_b GqF8}  
第1步 Ju9
v n44  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 !d0@^JbM"  
"^D6%I#T  
第2步 cT0g, ^&  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 M7>\Qk  
扩展阅读 !3&v
gvr  
扩展阅读 !yI)3;$*  
 开始视频 L2h+[f  
-    光路图介绍 z"O-d<U5  
 该应用示例相关文件： M{4_BQ4$  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计  zm.2L  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 $WPN.,7
  
pq&c]8H  
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Tp3  
QQ：2987619807 SA7,]&Zb  

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报告大纲 [mPdT^h  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） ]EnaZWyO]  
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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 pQY>  
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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 iL, XBoE  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）