[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) qY_qS=H^  
">uN={Iy  
应用示例简述 ?H{[u rLn  
{@Wv@H+4  
1. 系统细节 (Wzp sDte  
 光源 z*@eQauA  
— 高斯光束 6W1GvM\e  
 组件 x`CjFaE~F  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 |Q?h"5i"(  
 探测器 ]5Cr$%H=  
— 视觉感知的仿真 :uL<UD,vu3  
— 电磁场分布 i,Ct AbMx  
 建模/设计 'C+cQLig@  
— 场追迹： +ikSa8)*i  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 ?HEqv$n  
$ {yct  
2. 系统说明 fHt\KP  
PK\ZRl  
}$6L]   
3. 模拟 & 设计结果 }\4yU=JPK  
mvn- QP~"  
4. 总结 XqH@3Ehk  
"~KDm(D  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 XcR=4q|7  
6Yai?*.Q
 
第1步 Met?G0[  
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。 'u
,|*o  
D:P(;  
第2步 |k a _Zy  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 TG2#$Bq1  
x6ghO-s  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 2D\pt  
Z
R>BK,  
应用示例详细内容  A l[ZU  
4,RPidv%O  
系统参数 #~0Nk6*u  
*Pm
Zqe  
1. 该应用实例的内容 wMa8HeBE\  
|r9<aVlK  
.Rr^AGA4  
2. 设计&仿真任务 TrI+F+;  
#UGSn:D<i  
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。 -L2.cN_  
c3]t"TA,  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 7FX4|]  
r@G*Fx8Z  
F^,:p.ihm<  
4. 参数：SLM像素阵列 /9vi  
WfPb7T  
+eVYy_bL-  
5. 参数：SLM像素阵列 J)nK9  
VcjbRpTy&  
]n^iG7aB?  
应用示例详细内容 y
oW~  
`46~j  
仿真&结果 fit{n]g  
?v^NimcZ  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM G e;67  
 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)。 8/e-?2l  
 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。 #W\}v(Ke  
Yf0 
KG  
2. VirtualLab的SLM模块 *85N_+Wv!  

SYJO3cY  
<Iw{fj|  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 (/y8KG3  
 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。 zt.kNb  
HxI6_>n^I  
3. SLM的光学功能 _i_='dsyW/  
Ft5A(P >  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 +\!.X_Ij  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 .}faWzRH9  
 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。 Dka,v  
rPH7 ]]  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd O|Uz)Y94  
(p]FI#y  
 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。 "vGh/sXW  
}`R,C~-|^  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd la[pA  
G,C`+1$*  
4. 对比：光栅的光学功能 20Zxv!  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 /HIyQW\Ki-  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 J[lC$X[  
 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)。 $dfc@Fn^x  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 _8G w Mj  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 a4:GGzt  
M0 z%<_<}  
W3:j Z:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd C?qRZB+W#  
]V"P &
;m  
5. 有间隔SLM的光学功能 0%%1:W-  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 w/@ZPBRo]  
[>ghs_?dZ  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd sx?IIF
F  
0zW*JJxV  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 [,;Y5#Y[5  
!MoAga_ j  
\$9C1@B@  
6. 减少计算工作量 yaz6?,)  
Pe`mZCd^  
采样要求： i1evB9FZ1z  
 至少1个点的间隔(每边)。 rHKO13WF  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 ~'M<S=W  
4cQP+n  
采样要求： JrcbJ
t  
 同样，至少1个点的间隔。 gC}}8( k  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。  Bx45yaT  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 !Yof%%m$;  
nDnJ}`k  
 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。 kk fWiPO^  
 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。 U7WYS8  
 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)。 T)P)B6q  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 x-i1:W9;  
c64^
u9  
`r$7Cc$C  
8 a]'G)(ts  
(dlp5:lQz  
7. 指定区域填充因子的仿真 |]-Zz7N)  
fd[N]I3  
 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。 m%0-3c(  
 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。 }MaY:PMA  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 \2@J^O1,  
 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)。 o
`f^m  
:M(uP e=D  
+b 6R  
8. 总结 G&S2U=KdV%  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Wt/;iq"  
ULiRuN0 6  
第1步 pGD@R=8  
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。 W>#yXg9  
"$(+M t^  
第2步 1.14tS-}[4  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 nI6gd%C  
扩展阅读 =~ Uhr6Q  
扩展阅读 ~,/@]6S&Y  
 开始视频 ?/YABY}L  
-    光路图介绍 VcKB:(:[  
 该应用示例相关文件： >'4A[$$4mM  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 ,l~<|\4,wv  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 \Th<7WbR6#  
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报告大纲 9rEBq&
 
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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 ?I=1T.  
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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 +Kk1[fh-  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）

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