[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) Ncbe{}<md  
]^.`}Y=`g  
应用示例简述 w9GY/]  
0'r}]Mws  
1. 系统细节 D$)F X(  
 光源 &$CyT6mb^  
— 高斯光束 9NVtvBA  
 组件 0 fT*O  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 faLfdUimJ  
 探测器 =Xr{ Dg  
— 视觉感知的仿真 SGZYDxFC@  
— 电磁场分布 ~m=Z>4M  
 建模/设计 rjc
H[U(  
— 场追迹： 7mi*#X}  
 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。 / zNVJhC  
E#m^.B-}  
2. 系统说明 uv$5MwKU  
V4"o.G3\o  
XU}i<5  
3. 模拟 & 设计结果 hOLlZP+  
nY1PRX\  
4. 总结 AM!P?${a  
4jZt0  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 d:&cq8^  
?UflK  
第1步 ,:}VbQ:3I  
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。 gPKO-Fsd"  
rM~Mqpk  
第2步 u]
;\v%b  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 QrmGrRH  
~rOvVi&4  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 FN sSJU3ld  
L~|_)4  
应用示例详细内容 }o GMF~  
_%rkN0-(a  
系统参数 ct*~\C6Ze  
0[g5[?Vy  
1. 该应用实例的内容 !JDyv\i}  
<4?(|Vh[m]  
;2BPEo>z9  
2. 设计&仿真任务 GF<SQHL,  
'#lE
UlB  
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。 A#~CZQY^$  
G
Z:1bV37%  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 78ZbIL  
[e.`M{(TB  
G7-.d/8|^  
4. 参数：SLM像素阵列 /WAOpf5  
+@Kq  
JKYl  
5. 参数：SLM像素阵列 0R+<^6^l)  
i2O$oHd  
!qs~j=;y3  
应用示例详细内容 MGKSaP;x  
:NwFJc  
仿真&结果 0F 4%Xz  
x*^)B~7}  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM a!x?Apww  
 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)。 |oOA;JC)(  
 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。 F+Hmp\rM#  
ug`Jn&x!  
2. VirtualLab的SLM模块 .ddf'$6h  

]
mO7O+  
J]*?_>"#8  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 L{6Vi&I84[  
 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。 bb`DyUy ^+  
+N:M;uTS  
3. SLM的光学功能 UD]RW
N  
6O'B:5~
[2  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 *zPz)3;
 
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ZoKXao  
 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。 [*=UH*:'N  
6CWm;%B#G  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 6k\8ulHw  
M059"X="  
 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。 %i9*2{e#~  
xb(y15R\I  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Ria*+.k@"B  
a*@4W3;7  
4. 对比：光栅的光学功能 f'M7x6
W  
 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。 ];}7 %3  
 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。 ud,_^Ul  
 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)。 ,#=;V"~9  
 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。 !RdubM  
 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。 5./(n7d_  
..ht)Gex  
7;:Uv=  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd _/[(&}M  
.[:*bo3  
5. 有间隔SLM的光学功能 IY9##&c3>  
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。 4ze4{a^  
Jro%zZle  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd '^6x-aeq[D  
2SVJKX_V+  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 J{5&L &4  
{f)"F;]V  
=arrp:  
6. 减少计算工作量 ]^CNC0  
+~\c1|f  
采样要求： ::rKW*?  
 至少1个点的间隔(每边)。 !|S{e^WhbU  
 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。 a)Ca:p  
7~Md6.FtM  
采样要求： u~^d5["T  
 同样，至少1个点的间隔。 ~~'UQnUN4  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 p8MPn>h<  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 :s OsG&y  
CR<Nau>  
 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。 UDz#?ZWnd  
 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。 )`.'QW  
 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)。 f"G?#dW/1  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 a5xp[TlXn.  
v81H!c.*  
ENi@R\
p
 
7Z<ba^
r}  
?5g0#wqI  
7. 指定区域填充因子的仿真 Os-sYaW  
=9JKg4I6  
 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。 mxV0"$'Fm  
 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。 _7"G&nZ0  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 AGxG*KuZ  
 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)。 eO:wx.PW  
#{kwl|c  
kW@,P.88  
8. 总结 B@W`AD1^{  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 $NtbI:e{  
Xr@]7: ,  
第1步 >~sAa+Oxi  
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。 }vbs6u  
eD4o8[s  
第2步 hkq[xgX  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 yJ&`@gB  
扩展阅读 `'{>2d%\g  
扩展阅读 75LIQ!G|=  
 开始视频 #J
H#Qg  
-    光路图介绍 ,5_Hen=PI  
 该应用示例相关文件： '
]hB_4v  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 bI,gNVN=  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 X;I;CZ={  
Qf|=xV,F  
KU> $=Rd  
QQ：2987619807 aD1G\*AFJ  

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报告大纲 {jX h/`  
0B^0,d(s  
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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 ]OE{qXr{  
I@l'Fx  
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 xHv<pza:  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）

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