[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) 4|9M8ocR  
`xMmo8u4  
应用示例简述 BU(:6  
a|Io)Qhr  
1. 系统细节 7=(rk  
 光源 
_w0t+=&  
— 高斯光束 +P:xB0Tm D  
 组件 kclClB:PS  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Ab ,n^  
 探测器 2oyTS*2u_&  
— 视觉感知的仿真 FR&4i" +  
— 电磁场分布 bw\fKZ  
 建模/设计 ZG:#r\a  
— 场追迹： %xF j;U?  
 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。 M0zJGIT~b  
v]SHude{  
2. 系统说明 >{?~cNO&  
4=!SG4~o  
{|nm0vg`A  
3. 模拟 & 设计结果 qkVGa%^  
7N9~nEU  
4. 总结 Ysbd4rN  
HI)MBrj;r  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *5?a%p  
A(zF[\{]  
第1步 `B'*ln'r5  
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(@QKRZ7[  
XJ,P8nx  
第2步 BB@I|)9O(  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ~'>RK  
`]%\Y>(a}  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 4gbi?UAmX  
[-C-+jC  
应用示例详细内容 erTb9`N4  
tgoOzk^  
系统参数 ;Yo9e~  
WvSh i=  
1. 该应用实例的内容 banie{ e  
\)Jv4U\;  
%{qJkjG  
2. 设计&仿真任务 dayp1%d  
mw0#Dhyy1=  
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。 *%
<Ku&C  
EXn$ [K;  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 *AX)QKQ@  
U U!M/QJ  

%~%1Is`4J  
4. 参数：SLM像素阵列 )P4#P2  
rK&ofc]f$  
BkfWZ O{7  
5. 参数：SLM像素阵列 KQ'fp:5|/@  
k<W n  
p_h)|*W{  
应用示例详细内容 *4}l
V8  
Ya
s!w'  
仿真&结果 b(&~f@%|  
_\yrR.HIa  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM q@
 !p  
 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)。 qT]Bl+h2  
 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。 fq-$u;~h  
7+]T}4;  
2. VirtualLab的SLM模块 N}{CL(xi  

JHpoW}7QB  
OdX-.FFl  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ,])@?TJb@  
 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。 7s:`]V%  
bm1+|gssn  
3. SLM的光学功能 Y6
8`B"3  
_nu %`?Va  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 <()xO(  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 d5<@WI:wz  
 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。 "aNl2T  
K@xp
!  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd EN@LB2  
^9T6Ix{=  
 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。 'Rk~bAX  
$$YLAgO4  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd !fdni}f)  
c)Ft#vzg&e  
4. 对比：光栅的光学功能 B.f
LgQK0  
 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.?O,ue  
 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。 5vIuH+0  
 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)。 (?-5p;  
 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。 5xW)nEV  
 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。 m'1NZV%#  
rN? L8  
&H\$O.?f  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Bv"Fx*{W  
^5vFF@to  
5. 有间隔SLM的光学功能 jeb<qi>  
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。 j9C=m"O  
&*g5kh{  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd &|<~J(L;  
.FK'TG  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 }]sI?&xB  
/1++ 8=  
(\FjbY9&  
6. 减少计算工作量 bTC2Ya  
K/oPfD]  
采样要求： %_+9y??  
 至少1个点的间隔(每边)。 IDBhhv3ak  
 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。 >>krH'79  
&:L8; m  
采样要求： sBp|Lo  
 同样，至少1个点的间隔。 C|"T!1MlY4  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 `g%]z@'+?  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 H^"BK
-`hs  
h./cs'&  
 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。 Cq1t[a  
 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。 T,(IdVlJ  
 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)。 Kbx(^f12  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Wf_aEW&n  
dv4)fG]W;_  
IC[SJVH;  
g2C-)*'{yh  
.^#{rk  
7. 指定区域填充因子的仿真 WlP@Tm5g/  
Ndi'b_Sh\  
 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。 fh$U
"  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 [OG-ZcNu?  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 k_V1x0
sZ  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 =YA%= d_  
A4';((OXy  
DS>s_3V  
8. 总结 y=9a2[3Dz  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 cv:nlq)  
KGi@H
%NN  
第1步 2 T{PIJg3  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 SfJ/(q  
lGG
1d  
第2步 #CV(F$\1{  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 "+nURdicO  
扩展阅读 toTAWT
D  
扩展阅读 voQ,K9  
 开始视频 *-+~H1tP  
-    光路图介绍 !::k\}DS  
 该应用示例相关文件： Vu`dEvL?  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 HT?`PG  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 b{sE#m%r  
y#AY+ >  
b,T=0W  
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报告大纲 |xKB><  
I}:>M!w  
（第一波——神秘现金红包抽奖环节） '3hvR
4P  
bMSF-lQ  
1.浅谈中国物理光电教学行业大趋势及面临问题 M!X@-t#  
$ @1&G~x  
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 y Fp1@*ef  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）

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