[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) %Bf;F;xuB  
9*b(\Z)N  
应用示例简述 YYs/
r  
,e93I6  
1. 系统细节 Jv[c?6He  
 光源 ?nc:B]=pTY  
— 高斯光束 WJ[ybzVj  
 组件 -RK R.,  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 N)0V6q"  
 探测器 ^f?>;,<&  
— 视觉感知的仿真 y(92Th$  
— 电磁场分布 8x/]H(J  
 建模/设计 nP5T*-~  
— 场追迹： I/vQP+w O  
 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。 c7R<5f  
tQYkH$e`/{  
2. 系统说明 e]Q bC"  
-+)06BqF}  
yZc_PC`  
3. 模拟 & 设计结果 #fQ}8UxU,  
ymo].  
4. 总结 o1^Rx5  
/Y_)dz^@  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 1Ht&;V  
JQ"R%g`8  
第1步 \:Vm7Zg  
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。 DV5K)m&G  
cy{ ado2  
第2步 P+2@,?9#  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 tsf)+`vt  
tH^]`6"QUa  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 )wdTs>W7  
W9M~2< L  
应用示例详细内容 8{)j"rghah  
)z Hib;O  
系统参数 P g.j]  
~[
ZRE @  
1. 该应用实例的内容 -?}Z0e(w
 
glI4Jb_[  
=4_Er{AT  
2. 设计&仿真任务 !U[/P6 +0  
jBLLx{  
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。 !L?diR  
(Ee5Af,4  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 yNDplm|9*  
a]4h5kJ';  
$z \H*
  
4. 参数：SLM像素阵列 B$D7}=|kc  
0T7c=5z4W  
.d;|iwl  
5. 参数：SLM像素阵列 NDYm7X*et  
$Si|;j$?  
rjWn>M  
应用示例详细内容 ;t\oM7J|  
Sece#K2J|  
仿真&结果 dW#T1mB  
u [Dz~  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM !HCuae3_  
 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)。 ^=@`U_(,G  
 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。 {\p&?  
1G`zwfmh~  
2. VirtualLab的SLM模块 <;P40jDL  

Q4e+vBECkq  
HF;$Wf+=J  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 q<Z`<e  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 }BN!Xa  
DNu-
Ce%  
3. SLM的光学功能 eo&^~OVT  
5v_vv'~  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 @wPyXl  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 F9Co m}  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 d3jzGJrU}  
aNDpCpy  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd #w1E3ahaX  
'aqlNBG*  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 ArVW2gL  
%*a%F~Ss  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ';zS0Yk  
PfjD!=yS=h  
4. 对比：光栅的光学功能 6R#.AD\  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。
*|({(aZ  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 . ytxe!O  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 T o$D[-  
 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。 JsK_q9]$e  
 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。 kHz?vVE/l  
5H}d\=z  
moCr4*jDX,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd %v)+]D
s{  
d A>6  
5. 有间隔SLM的光学功能 r<OqI*7  
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。 +HkEbR'G0  
.kc{)d*0K  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd qlm7eS"sy  
THy{r_dx  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 <V1y^EW0  
l&{+3aC:  
AB=Wj*fr  
6. 减少计算工作量 PX>>h}%  
[oG Sy5bB  
采样要求： -GZ:}<W6+  
 至少1个点的间隔(每边)。 w~ O)DhC  
 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。 bltZQI|  
=;{8)m  
采样要求： zb. ^p X  
 同样，至少1个点的间隔。 aE[:9{<|  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 'k9Qd:a}  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Jix;!("  

$E-c%-  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 N[&(e d=  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 so_^%) gdJ  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 ;nw}x4Y[  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 K`8$+JDP+  
KvmXRf*z  
%`0*KMO3  
/NUu^ N  
9)J)r\  
7. 指定区域填充因子的仿真 bo[[
<j!"I  
.6A{   
 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。 #B@*-  
 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。 pGP$2  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 3\j3vcuy  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 5"z~
BE7  
xcX^L84\  
\OVw  
8. 总结 o?><(A|  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 }*,z~y}V#  
N{?Qkkgx  
第1步 #C+7~ns'  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 bYwe/sR  
,B$e'KQ  
第2步 pykRi#[UrX  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 t'*2)U  
扩展阅读 Y0g6zHk7  
扩展阅读 kY#sQz}8  
 开始视频 $: qrh6
6  
-    光路图介绍 LX7<+`aa  
 该应用示例相关文件： ~`<_xIvrq  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Nrzg>WQa  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 }0 =gP?.kE  
G$1gk^G's  
0RP{_1k  
QQ：2987619807 .83z =  

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报告大纲 5 DvD  
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EALgBv>#ZL  
1.浅谈中国物理光电教学行业大趋势及面临问题 kT4Oal+4  
laGIu0s{  
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 ~k/GmH  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）