[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) U>E: Ub0r  
<k:I2LF_  
应用示例简述 Y@+Rb  
:<qe2Z5k  
1. 系统细节 OUv<a`0  
 光源 Z+El(f x  
— 高斯光束 :\OSHs<M  
 组件 #d-({blo<  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 y&NqVR=  
 探测器 5*YoK)2J  
— 视觉感知的仿真 ?F"o+]i+^  
— 电磁场分布 :,l7e  
 建模/设计 >2s4BV[(  
— 场追迹： "6f`hy  
 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。 l_^OdQ9D  
W{}$c`,R  
2. 系统说明 ?"x4u#x  
F0:]@0>r  
QtW9!p7(  
3. 模拟 & 设计结果 Je6[q  
b#6S8C+@  
4. 总结 ]Y\$U<YjO  
UM7@c7B?  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 YXA@ c  
]01`r/->\  
第1步 {*yvvb  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 _?c.m*)A  
Q|(}rIWOQA  
第2步 &6x(
%o|  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <0CjEsAB]  
@nktD.  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 o:d7IL  
?@b6(f xX  
应用示例详细内容 `|'w]rj:"+  
V\L;EHtc$  
系统参数 tu -a`h_NJ  
,h*gd^i  
1. 该应用实例的内容 kKyU?/aj  
$plk>Khg  

7Nq< o5  
2. 设计&仿真任务 UleT9 [M  
qOo4T@t3  
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。 sVFO&|
L  
Bz]tKJ  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 b'z $S+  
:
aNjh  
{T4_Xn
-I  
4. 参数：SLM像素阵列 ]v ${k  
,?GwA@~$k:  
t ed:]  
5. 参数：SLM像素阵列 YkKu4f  
'm`O34h  
z9o]
);dZ  
应用示例详细内容 uN%C
c12  
x"2p5T7*>  
仿真&结果 K"!rj.Da  
aq?bI:>8  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM L ]')=J+  
 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)。 DsdM:u*s  
 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。 yq~  
\RDN_Z  
2. VirtualLab的SLM模块 i/X
3k&  

K$S0h-?9]O  
(qAF2&  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 5Q10O
hh  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 :w^:Z$-hf  
\]
x`f3F  
3. SLM的光学功能 q`e0%^U  
$xu2ZBK  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 : /5+p>Ep}  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 khX/xL  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 A;Uc&
G  
voZaJ2ho/O  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd }u^bTR?3  
1]}\h]*  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 HYl+xH'.j  
x.1=QF{!  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd f}c;s  
/E6)>y66  
4. 对比：光栅的光学功能 11PL1zzH  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 1RkN^FZOxq  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 %`~4rf"7  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 u$w.'lK  
 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。 gc4o |x  
 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。 |]kiH^Ap  
,.Gp_BI  
'bfxQ76@sa  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 5zS%F: 3  
~vF*&^4Vh  
5. 有间隔SLM的光学功能 ],c0nz^%BR  
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。 uz8eS'8  
caEIE0H~  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd aMqt2{f+  
&wNr2PHd#  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 za6 hyd^  
6UIS4_   
eGMw:H  
6. 减少计算工作量 2`i&6iz  
5]
{rim  
采样要求： py$Gy-I~[  
 至少1个点的间隔(每边)。 ccv  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 o=VZ7]  
bP:u`!p -i  
采样要求： K81FKV.  
 同样，至少1个点的间隔。 # l1*#Z  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 K*~xy bA  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 8?~>FLWTXZ  
^C,rN;mX'  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 V^(W)\  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 .==c~>N  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 +)9=bB  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 j+.E#:tu"  
9Eh*r@>  
o<|u4r={s  
NX8w(~r,:  
!rx5i  
7. 指定区域填充因子的仿真 RCkmxO;b&  
~Q- /O~  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 KYhL}C+  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 af'ncZ@U  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 a#0*#&?7@  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 |}l/6WHB  
h\C1:0x{  
R]Fa?uQW  
8. 总结 }m!T~XR</  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 *R&77 o7  
_)CCD33$  
第1步 lfoPFJ Z  
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。 Y(JZP\Tf_N  
j1JdG<n  
第2步 ,[n=PJVw/  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ?:PF
;\U  
扩展阅读 7vqE@;:dt  
扩展阅读 5"#xbvRS0H  
 开始视频 787i4h:71  
-    光路图介绍 ZA4sEVHW  
 该应用示例相关文件： i;2V  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 2$Z4 >!  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ,|O|gh$s  
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QQ：2987619807 Y Odwd}M  

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报告大纲 @ **]o  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） ]EPFyVt~3  
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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 w+3-j  
=ET|h}I  
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 ZncJ  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）