[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) T=cSTS!P;q  
<'A>7M~h?*  
应用示例简述 :QgC Zq  
3{_AzL  
1. 系统细节 PpMZ-f@  
 光源 8>x.zO_.c>  
— 高斯光束 ,2S <#p!  
 组件 -Hzn7L  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ^B@4 w
\t  
 探测器 3ojK2F(1D  
— 视觉感知的仿真 qG"|,bA  
— 电磁场分布 iU^ 4a  
 建模/设计 -Nmf}`_  
— 场追迹： 7=XQgbY/  
 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。 QiWv  
^&<~6y}U^  
2. 系统说明 lEi,duS)  
d$ Mk  
_^a.kF  
3. 模拟 & 设计结果 W:5m8aE\  
&q":o 'q  
4. 总结 /o|@]SAe.  
7FMHz.ZRE  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 f2{4Y)  
];uvE? 55  
第1步 o.Cj+`0}5  
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。 i6X/`XW'  
/AMtT%91  
第2步 l>=c]  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 x(S064  
~!:F'}bj  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 L\-T[w),z7  
~(%G;fZ?x  
应用示例详细内容  bM-Y4[  
k*-+@U"+  
系统参数 ?<nz2 piP,  
}>Os@]*'^(  
1. 该应用实例的内容 .IKK.G  
DJ<c  
p O: EJ  
2. 设计&仿真任务 we} sC,  
^ g4)aaBZ  
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。 s#d# *pgzh  
8"<!
8Img  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 DG:=E/@  
y!v$5wi  
^)fB "!s  
4. 参数：SLM像素阵列 x%(!+  
MiSFT5$v6  
u@
gYEx}  
5. 参数：SLM像素阵列 Y/$SriC_+'  
+m+HC(Z  
o<g (%ncr  
应用示例详细内容 X`aED\#\h  
w1KQ9H*  
仿真&结果 R/b=!<  
-_314j=`/  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 8wy"m=>=b}  
 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)。 d

->b9  
 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。 t 1&p> v  
>yWJk9hf  
2. VirtualLab的SLM模块 XBr>K>(  

Iy,)>V%iZV  
Cu?$!|V  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ZO;]Zt]  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 )Tb
;N  
)b-G2< kb  
3. SLM的光学功能 v(t&8)Uu  
}BfwMq4E)n  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 |BW956fBU  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 my} P\r.  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 3(}?f  
nut7b  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ILVbbC`D  
a%]p*X!  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 5$#<z1M.&  
UbYKiLDF)  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd D=OU61AA  
xp&I~YPH  
4. 对比：光栅的光学功能 xj~6,;83xR  
 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。 {Ise (>V  
 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。 ^{Vm,nAQqs  
 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)。 r;'!qwr  
 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。 Th

8Q~*v  
 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。 [cH/Y2[  
mb/3 #)  
gTq-\k
(  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 4Cfwz-Qo  
r'!l` gm,S  
5. 有间隔SLM的光学功能 ^Uf`w7"iY  
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。 3dM6zOK
  
YW'Y=*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd %sq=lW5R{b  
K)14v;@  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 4-"wFp  
K l4",  
dn5v|[dJ  
6. 减少计算工作量 ^*r${Nj  
:C&?(HJ&r  
采样要求： |z4/4Y@  
 至少1个点的间隔(每边)。 j[HKC0C6  
 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。 u)V*o  
Z5U~g?  
采样要求： ~\/ J&  
 同样，至少1个点的间隔。 4H,DG`[Mo  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 oO|^ [b#  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 s,}<5N]U  
jmb\eOq+~V  
 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。 .SsIU\[)  
 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+DEy'4;5  
 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)。 z~BB|-kp1  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 gPfaiVY  
< d]|5  
;z?XT\C$  
V.F 's(o  
_5)#{o<  
7. 指定区域填充因子的仿真 A
VJk  
EvYw$
j  
 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。 Vy9n3W"FB1  
 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。 _c&*'IY[V  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 .xx#>Y-\  
 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)。 ! $iR:ji  
;L[9[uQ[C  
J!H5{7.efN  
8. 总结 3UaP7p+d  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Ao\Vh\rQkq  
bXW)n<y  
第1步 q!,do2T  
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。 k@~-|\ooG  
wx!*fy4hL  
第2步 `~}7k)F(  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 KZE.}8^%D  
扩展阅读 bXfOZFzq)  
扩展阅读 `%Ghtm*  
 开始视频 .~8+s.y  
-    光路图介绍 J'EK5=H  
 该应用示例相关文件： EH:1Z*|Z{\  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 =oTYwU  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 7L]?)2=  
^M9oTNk2  
t[maUy_A  
QQ：2987619807 c>R(Fs|6  

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报告大纲 ^6oqq[$  
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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 .GN$H>
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9:i,WJO  
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 0r ; nz]'  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）