[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) dy~M5,zn  
G?^w <  
应用示例简述 4Wu(Tps  
as73/J6  
1. 系统细节 vjVa),2  
 光源 ?pdN!zOeL  
— 高斯光束 r]'[qaP  
 组件 RA!8AS?  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 WOeG3j
Mz?  
 探测器 E#A}2|7,g  
— 视觉感知的仿真 iL<FFN~{  
— 电磁场分布 B~E>=85z  
 建模/设计 (tF/2cZk  
— 场追迹：
L'$({  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 gW?Hd/  
R|k!w]  
2. 系统说明 4QE")Ge  
~<}?pDA}~  
m2l0`l~T8  
3. 模拟 & 设计结果 ]M 2n%9  
'JO}6 ;W  
4. 总结 u= Ga}  
#sv:)p  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 1wE`
kbC<  
^U^K\rq 1u  
第1步 XM3~]  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 Abpzf\F  
9%dO"t$-q  
第2步 bo??91B^7  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 x&N@R?AG1  
P V9q=  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 KkJE-k*D+w  
;m:
I  
应用示例详细内容 iA4VT,  
bWZ
oGFT  
系统参数 fG<[zt\e  
1`1Jn*|TI  
1. 该应用实例的内容 H:t2;Z'  
-5\.\L3y)  
!MOcF5M  
2. 设计&仿真任务 m:g%5'qDZ  
&!*p>Ns)e  
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。 ; X/'ujg  
orEb+  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 }cIj1:  
t&C0V|s79$  
"^t;V+Io  
4. 参数：SLM像素阵列 W,%qL6qV  
1y7$"N8Xo  
"-Uqv@  
5. 参数：SLM像素阵列 'l1cuAP!+  
<2\QY  
`)H| &!wT  
应用示例详细内容 ?YM0VB,y  
UFE~6"t(  
仿真&结果 8WwLKZ}  
%Gjjl*`E  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM YY$O"!."
 
 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)。 8yGo\\=T  
 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。 |H8UT SX+  
Bn Nu/02.=  
2. VirtualLab的SLM模块 Csm23QLsg)  


."j*4  
K st2.Yy  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 peU1 t:k?  
 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。 n{E+r  
e pAC%a  
3. SLM的光学功能 f q*V76F  
{Y
ti  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 zh4m`}p  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ulXe;2  
 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。 U&6f:IV  
Y;8.(0r/  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd G]I^zd&P  
c6HH%|  
 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。 I\VC2U  
,,(BW7(  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd _MGhG{p7t  
(a8oI)~  
4. 对比：光栅的光学功能 u=B,i#>s  
 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。 ;Z#DB$o\  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 wEIAU  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 K-7i4 ~  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 SZC1$..2T  
 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。 b
.v^:M  
qCYXkZ%`  
q*{Dy1Tj  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd b%I2ig  
u}KEH@yv  
5. 有间隔SLM的光学功能 LwIX&\Ub  
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。 -\fn\n  
RkBbu4uQ-  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 4+r26S,T  
,xIWyI.  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 (~n0,$  
}5Pzen
 
TWJ%? /d  
6. 减少计算工作量 3+r8yiY  
!4 G9`>n  
采样要求： $Z^HI  
 至少1个点的间隔(每边)。 $F86Dwd  
 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。 VBI~U?0  
$v

+t~b  
采样要求： :w 4Sba3  
 同样，至少1个点的间隔。 .Tet
N}w  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 +tPqU6  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 E:ocx2dp  
khtSZ"8X  
 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。 fP:g}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。 6'qC *r  
 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)。 y2,M9  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 :*/`"M)'  
yPza  
9;u&,R  
4q\bnt  
{z/Y~rf  
7. 指定区域填充因子的仿真 ];1Mg  
J-g<-!>RM  
 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。 ULkhTB
  
 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。 $Y5m"wySZ  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 &*N;yW""f  
 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)。 +1%7*2q,  
^5sO;vf  
6vQCghI  
8. 总结 /2e&fxxD  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 "?UBW5nM#  
kKqb
:
  
第1步 >ps=z$4j*  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 U6@Hgi>  
3B5GsI  
第2步 usR:-1{  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 VgO:`bDF  
扩展阅读 TZk.?@s5  
扩展阅读 C.[abpc  
 开始视频 hc;8Vsa  
-    光路图介绍 %`[Oz[V  
 该应用示例相关文件： 9zKrFqhNo  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 IE|$mUabm  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 RHc-kggk!  
hY@rt,! 8  
U\ Et  
QQ：2987619807 [Cx'a7KWL  

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报告大纲 0UJ%tPS  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） KxZO.>,  
4&}V
3"lg  
1.浅谈中国物理光电教学行业大趋势及面临问题 Z r}5)ZR.  
Rr'#OxF  
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 vr,8i7*0  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）