[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) I9>*Yy5RNS  
zmRK%a(  
应用示例简述 ,eCXT=6  
e`F|sz]k"H  
1. 系统细节 J}CK|}  
 光源 B,,d~\  
— 高斯光束 p04+"  
 组件 U^\~{X  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 
G1tp  
 探测器 pN_!&#|+$  
— 视觉感知的仿真 & jvG]>CS'  
— 电磁场分布 EQC  
 建模/设计 RC%r7K f  
— 场追迹： F DX+  
 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。 wgrOW]e  
0B/a$NC  
2. 系统说明 Hc|U@G  
yTiqG5r  
_<Yo2,1^  
3. 模拟 & 设计结果 *'-^R9dN.S  
i{qURP}.  
4. 总结 7+4"+C
A  
c\MDOD%9  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 D7/Bp4I#o  
|>GIPfVT  
第1步 ^iS:mt  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 FoCkTp+/  
*DzPkaYD>  
第2步 .+h pxZ  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 3 ?~+5DU  
_1Gut"!{\  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 "\?G  
*wcoDQ b;  
应用示例详细内容 kZ%W?#  
\;gt&*$-  
系统参数 *PU,Rc()6  
Z]\^.x9S  
1. 该应用实例的内容 NI:N W-!  
%=y3  
U-<"i6mg?  
2. 设计&仿真任务 g>P9hIl
 
] Nipo'N;  
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。 KB
A%  
BK SK@OV  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 |9$'?4F  
Wb
4{*~  
n ]}2O4j  
4. 参数：SLM像素阵列 /+O8A}  
N~_jiVD>  
UyKG$6F?3  
5. 参数：SLM像素阵列 /,$\H  
wQB{K
3  
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u!AHSr(  
应用示例详细内容 z}&C(m:al  
9yw/-nA  
仿真&结果 h]$?~YE  
})vr*[  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM D-:<]D:  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 %
ab)Gs  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 _5 tqO5'  
9$@ g;?}Ps  
2. VirtualLab的SLM模块 _x1[$A,GuB  

[c[MQA0  
l5]oS?>y  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 HTyF<K  
 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。 .ASwX  
vD9D:vK  
3. SLM的光学功能 e4%*I8 ^e  
ey\{C`(__y  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 4@iJ|l  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 G2{M#H  
 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。 AeCG2!8^0  
H-KwkH`L4  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd e -]c  
kDl4t]j  
 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。 %7d@+ .  
dN/ "1%9)  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd C!k9JAa$Z  
)-:eQ{st`  
4. 对比：光栅的光学功能 jNG?2/P6&  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 'qF3,Rw  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 BRXb<M^;_  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 Bd~cY/M  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 C2=iZ`Z>T  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 /,N!g_"Z  
p6y0W`U  
mQ60@_"Y=,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ^!p<zZ  
:`u&TXsu  
5. 有间隔SLM的光学功能 jvc?hUcLKT  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 C6V&R1"s  
}A)
36  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd KD"&_PX  
={E!8"  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 [q+e]kD  
y(3c{y@~X  
Xtu`5p_Qv  
6. 减少计算工作量 PUjoi@]  
~d7Wjn$@  
采样要求： 'W?v.W &  
 至少1个点的间隔(每边)。 VXc+Wm*W  
 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。 P-OPv%jyi  
Ei9_h  
采样要求： Op/79]$  
 同样，至少1个点的间隔。 P 5qa:<  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 x\J;ZiWwW  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 M o"JV  
x !:9c<  
 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。 {~p7*
j^0  
 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。 Ueg N-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)。 Tc
KvSdr'  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 h-b5   
5h|m4)$  
( ztim  
L;--d`[  
MB8SB   
7. 指定区域填充因子的仿真 4Ay`rG  
6_%]\37_Z  
 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。 % L >#  
 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。 G_^iR-
  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 9o`7Kc/g  
 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)。 s!hI:$J.  
[<Os~bfOv  
NlF0\+h  
8. 总结 zY1s7/$i  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ksu}+i,a  
Y%fVt|  
第1步 xMNNXPz(  
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。 .L^pMU+!^  
!]rE
TP_  
第2步 :>P4L,Da]  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 UR1JbyT  
扩展阅读 hg?j)jl|  
扩展阅读 9|N"@0<B  
 开始视频 fou_/Nrue  
-    光路图介绍 ]>)u+
|  
 该应用示例相关文件： f2O*8^^Y{Q  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 mvHh"NJ  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究
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报告大纲 Jy \2I{I'  
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gb|x?  
U'tE^W  
1.浅谈中国物理光电教学行业大趋势及面临问题 w3^NL(>  
drW~)6Lr@  
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 kf<c,3A  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）