[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) BT3yrq9  
q^ &r<i  
应用示例简述 U ){4W0  
#_IuB) qy  
1. 系统细节 Dwr"-  
 光源 8`1]#Vw  
— 高斯光束 Z?&ZgaSz  
 组件 BT$Oh4y4  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 68<W6z  
 探测器 1IT(5Ml
eb  
— 视觉感知的仿真 '|Lv-7  
— 电磁场分布 U1rr=h g  
 建模/设计 kf|J  
— 场追迹： F$:UvW@e1  
 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。 @W==)S%O  
/9Qr1@&v  
2. 系统说明 JFNjc:4{0  
SL+n y(y  
6rCUq  
3. 模拟 & 设计结果 Nm-E4N#'i  
ZTB6m`  
4. 总结 >'WTVj`  
0pH$MkQ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Fo~q35uB  
d6??OO=~>M  
第1步 tqpi{e  
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。 ?s)6 YF  
bTAY5\wB  
第2步 ^q%f~m,O<  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 YV>&v.x0;  
&5B/>ag1!  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Tfv@oPu  
J*6B~)Sp@  
应用示例详细内容 _~P&8  
pbwOma2  
系统参数 &t!f dti  
RjrQDh|((  
1. 该应用实例的内容 q& KNK
 
*&+zI$u(  
;'[?H0Jw'  
2. 设计&仿真任务 %@q2  
.vi0DuD6  
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。 fwUF5Y  
F/:%YR;  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 yB{1&S5C  
_c:th{*  
6O0aGJ,H  
4. 参数：SLM像素阵列 G<`(d@g  
X_Pbbx_j  
z

fy(j  
5. 参数：SLM像素阵列 G$CSZrP.  
YzEOfHL,  
9Gx`[{wI9<  
应用示例详细内容 ?hURNlR_Q  
*{p:C  
仿真&结果 [`bK {Dq2  
I9#l2<DYlX  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 28-z  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 q$ 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。 Tn\{*A  
Z;0<k;#T(p  
2. VirtualLab的SLM模块 sP=^5K`g  

i`iR7UmHeR  
)?LZg<<  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 W58%Zz4a  
 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。 WK#%G  
OekE]`~w  
3. SLM的光学功能 /pLf?m9  
L(1}
PZ  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 E7B?G3|z3  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 e$rPXRf  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 K;w]sN+I  
\E05qk_;K  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd aQ&K a  
wMCgLh\wi  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 M}=>~TA@  
*Aug7 HlS  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd l=$?#^^ /  
yGX5
\PSo  
4. 对比：光栅的光学功能 ]-;JHB5A_:  
 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。 2nL*^hhh  
 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。 p&HO~J
<w  
 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)。 <HpUP!q8v  
 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。 (>lH=&%zj  
 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。 lWP]}Uy=5~  
r-]%R:U*  
{*  w _*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 7$IR^  
rc"8N<D  
5. 有间隔SLM的光学功能 um( xZ6&m  
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。 <;1M!.)5  
slP>;  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd {yd(n_PqY  
q[+KQ,  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 :1]J{,VG  
_U^G*EqL*  
rcH{"\F_/  
6. 减少计算工作量 $Ny:At  
n+2>jY  
采样要求： *|;`Gp  
 至少1个点的间隔(每边)。 G%K&f1q%  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 t7,$u-  
Gj[5ew?@  
采样要求： -%V~1  
 同样，至少1个点的间隔。 =gZA9@]W2  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 la^K|!|  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。  um2}XI  
nFn}  
 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。 u?'J1\z  
 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。 by,3A  
 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)。 rQ&XHG>Q*  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 BhiOV_}Hn  
/2tPd  
"QBl "<<s  
j
I<_(T  
Wo,93]  
7. 指定区域填充因子的仿真 X[SIk%{D  
v(, tu/  
 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。 ([7XtG/?  
 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。 7=qvu&{  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 2|NQ5OA0  
 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)。 2NB$(4/  
^nD
a-J$  
-*kZ2grLt  
8. 总结 z$M-UxY  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 joNV4v"=`  
g?cxqC<  
第1步 mSO7r F  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 Q"3gvIyc  
:X}Ie P  
第2步 ,)VAKrSg  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 8~BLTZ  
扩展阅读 5Y@Hb!5D  
扩展阅读 _c(h{dn  
 开始视频 4RH>i+)pS\  
-    光路图介绍 P5GV9SA  
 该应用示例相关文件： Zt9ld=T  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 (aq-aum-I  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 :z%Zur+n c  
u EERNo&  
NH*"AE;  
QQ：2987619807 Mf7 [@#$  

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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 RVF<l?EI4R  
A7T(p7pP  
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 mcs!A/]<  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）