[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) ,VJ0J!@  
8b|&  
应用示例简述 eCk}B$ 2  
Ov?k4kJ  
1. 系统细节 wCn W]<+  
 光源 4Hk
Og)a  
— 高斯光束 W~dS8B=<  
 组件 OU0\xx1/  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 1_GUi  
 探测器 9{xP~0g  
— 视觉感知的仿真 j<wg>O:s%r  
— 电磁场分布 f5d"H6%L  
 建模/设计 {T m-X`  
— 场追迹： B{c,/{=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。 `){*JPl  
Os?~U/  
2. 系统说明 3Yg/-=U(  
d t0?4 d  
kF6X?mqgD  
3. 模拟 & 设计结果 3x'BMAA+  
[<f\+g2ct  
4. 总结 l_+s$c  
~G5)ya-  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4wBMBCJ;P  
'S@C,x%2,  
第1步 -4;{QB?  
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。 wdl6dLu  
. (Q;EF`_U  
第2步 nmS3  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 0=L:8&m  
TQ>kmHWf/  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 }UQBaqDH  
:m^eNS6:  
应用示例详细内容 Z
"% =  
vL\wA_z"<H  
系统参数 YX!%R]c%  
VA4_>6  
1. 该应用实例的内容 (Dq3e9fX  
_@jl9<t=_  
^<[oKi;>  
2. 设计&仿真任务 Hz%#&E  
$*L@ym  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 Qighvei  
FU5vo  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 KzI$GU3  
`m@06Q  
4+'yJ9~,B  
4. 参数：SLM像素阵列 &hyr""NkAm  
AEOo]b*&d  
u{tjB/K&  
5. 参数：SLM像素阵列 VO#]IXaP  
OUnt?[U\  
X2q$i  
应用示例详细内容 8O("o7~"  
nWmc  
仿真&结果 P0k|33;7L  
1LT)%_d@  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM z#8GF^U:T  
 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)。 IAhyGD{b  
 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。 i1\xZ<|0  
kHm1aE<  
2. VirtualLab的SLM模块 n"(n*Hf7b  

J$j&j`  
bx!Sy0PUJ  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 6V*@ {  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 ^['%wA%  
oT5?*3f  
3. SLM的光学功能 v^HDR 3I  
M)Vz9,  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 c{V0]A9VF  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 `i,ZwnLh{  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 Cdotl$'  
D0~WK stl  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd Tf21K9
+`L  
yQM7QLbTk  
 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。 J &u&G7#S  
T5Sa9\`>  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd I8 8y9sW  
lk1c2  
4. 对比：光栅的光学功能 F,%q
G,  
 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。 "n7rbh3VW  
 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。 G0^23j  
 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)。 J=Ak+J  
 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。 pvDr&n9  
 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。 *<Fz1~%*  
E`=y9r*Z  
ryW1OV6?_0  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd U@ALo  
agM.-MK  
5. 有间隔SLM的光学功能 *P61q\2Z  
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。 y@nWa\iG  
C ])Q#!D|  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd NQ'^z  
~SUA.YuF  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 (X)$8y  
,B5
Ptf#  
k#c BBrY  
6. 减少计算工作量 4CW/  
h<Yn0(.  
采样要求： o%Vf#W  
 至少1个点的间隔(每边)。 XG<^j}H{}  
 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。 ^;6~=@#*C  
rPaD#GA[7  
采样要求： 2^ ^;Q:  
 同样，至少1个点的间隔。 U4 m[@wF  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 7. G  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 >QE^KtZ  
%,K|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。 s|pb0  
 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。 "<v_fF<Y  
 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)。 \xDu#/^  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 0Y)b319B
 
\S=!la_T@m  
,h#!!j\j6  
cQ6[o"j.  
6KnD(im  
7. 指定区域填充因子的仿真 I%e7:cs>  
\#LKsQa  
 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。 )@]-bPnv  
 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。 i_`YZ7Hxp
 
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ,H22;UV9  
 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)。 
>h[tHM O  
%b\xRt[0v7  
S/~6%uJ  
8. 总结 <j:3<''o  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Yo| H`m,  
sx*1D9s_  
第1步 I;P?P5H  
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。 f#eTi&w  
K ANE"M  
第2步 By3dRiM=,2  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 _q6+]  
扩展阅读 7 aDI6G  
扩展阅读 :e+GtN?  
 开始视频 <e/O"6='Z  
-    光路图介绍 `3pe\s  
 该应用示例相关文件： QAygr4\X^  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 1yX&iO^d  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 vbDw
2  
JO :m: M  
oYJ&BPuA'  
QQ：2987619807 k\ I$ve"*  

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报告大纲 f{3FoN=z  
}PED#Uv  
（第一波——神秘现金红包抽奖环节） ARQ1H0_B  
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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 m.V mS7_I  
]nfS vPb  
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 4?%0z) g  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）

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