[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) xgj'um  
'[%Pdd]! E  
应用示例简述 $ta JVVF  
a9.255  
1. 系统细节  [OUV!o  
 光源 +/eJ#Xw3u8  
— 高斯光束 L;?F^RK{U  
 组件 6^V( C;5!  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 km5gO|V>m  
 探测器 9a`~ K L  
— 视觉感知的仿真 dmv0hof  
— 电磁场分布 NIQ}+xpC  
 建模/设计 wb(S7OsMO  
— 场追迹： IemhHf ^l  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 N~IAm:G}[  
,Nhv#U<$  
2. 系统说明 Mt`LOdiC_  
1y6<gptx  
~MC5rOA  
3. 模拟 & 设计结果 d}Guj/cx,  
7kA+F+f  
4. 总结 @4Bl&(3S  
He4HIZ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 `MCtm(<  
,X:3w3nr^  
第1步 I+.U.e^gx  
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。 qUmSB"#Z  
X(Mpg[,N"  
第2步 tWzBQx   
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 mbX'*up  
\),f?f-m  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 i<>%y*+@  
7A'E+>1d  
应用示例详细内容 Fq <JxamR  
x0{B7/FN  
系统参数 d*04[5`  
2ib,33 Z  
1. 该应用实例的内容 4I2:"CK06  
:OjmaP
 
M=95E$6  
2. 设计&仿真任务 LWhy5H;Es  
 E^5  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 fibudkg'>  
D*VO;?D  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 8EdaqF  
<&+jl($"  
NT5##XOB  
4. 参数：SLM像素阵列 |@1(^GX  
u9,dSR  
._A4:  
5. 参数：SLM像素阵列 LY)Wwl*wc  
<o3I<ci6  
g{sp<w0  
应用示例详细内容 
[:(O`#  
sUmpf4/  
仿真&结果 qc)+T_m  
h`O$L_Z  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM B:UPSX)A  
 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)。 eNi#% ?=WB  
 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。 iR{@~JN=)  
#?D[WTV  
2. VirtualLab的SLM模块 ;=^J_2ls  

5W|wDy  
KVEc:<|x  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 CH!\uK22  
 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。 mAW(j@5sp  
Bfdfw+  
3. SLM的光学功能 LX&O"YY  
a_[+id  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 bf1$:09  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ?z-nY,'^uq  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 S5F5Tr;TN  
@cxM
#N8e  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ;O~FiA~`c  
QhRj*,  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 N.]~%)K:{  
aL;zN%Tw  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd b5jD /X4  
`}uM91;  
4. 对比：光栅的光学功能 8p}z~\J{a:  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 "d~<{(:N^  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 ^!k_"C)B  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 ']c;$wP
 
 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。 0;=]MEk?  
 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。 HpUJ

_pZ  
@V1FBw9S!@  
;"EDFH#W  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd x#
5[i;-c  

T
PkP5w  
5. 有间隔SLM的光学功能 ngd4PN>{4  
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。 ^c.pvC"4j
 
^e =xEZD  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd |d6/
gSiF  
##F$8d)q  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 /RhM6N  
L.K|]]u  
KMfRMc&  
6. 减少计算工作量 YbWz!.WPe  
iny/K/5bf  
采样要求： JW2f 6!b  
 至少1个点的间隔(每边)。 "la0@/n  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 SLNOOEN  
wk
PomTO  
采样要求： 3?h!nVI+2J  
 同样，至少1个点的间隔。  k6@  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 >nK(  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 oHSDi  
3w[uc~f  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 3qNuv];2  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 UaQW<6
+  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 ,5t_}d|3C=  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 *?Wr^T  
-H_#et3&i  
m)6-D-&7  
/Q#eP m  
AtAu$"ue  
7. 指定区域填充因子的仿真 >oEFuwE  
/9P7;1?  
 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。 7Ot&]M
 
 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。 ?h#F& y  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 !@ AnwV]  
 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)。 t0
:~BYXu  
+8|Xj!!*}  
56NDU>j$  
8. 总结 QOJ5  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Xo.3OER  
%^"i\-*|S  
第1步 f|s,%AU"i  
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。 += gU`<\  
'q8:1i9\[  
第2步 Y~lOkH[z  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 irB}h!@  
扩展阅读 'Q*lp!2>  
扩展阅读 ?$/W3Xn0%  
 开始视频 4}YHg&@\d%  
-    光路图介绍 w>RwEU+w=@  
 该应用示例相关文件： #Wv8+&n  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 oMq:4W,  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 |oR{c%z05  
kO/;lrwC  
2Aa  
QQ：2987619807 YQO9$g0% ~  

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报告大纲 tt]ZGn*  
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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 jb!15Vlt"  
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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 h#I]gHQK  
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