[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) pRrHuLj^  
.3X Y&6  
应用示例简述 gCJIIzl%Bh  
u-:Ic.ZV  
1. 系统细节 n_23EcSy  
 光源 o\!qcoE2W  
— 高斯光束 tJ'iX>9I  
 组件 -[heV|$;  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 y vI<4F  
 探测器 wxdyF&U n  
— 视觉感知的仿真 !OAvD#  
— 电磁场分布 ue\t,*KYd  
 建模/设计 |8U;m:AS  
— 场追迹： HID([Wk  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 {dzoEM[ 1s  
Qihdn66  
2. 系统说明 g7n"  
eV2mMSY  
KY.ZT2k  
3. 模拟 & 设计结果 q-_' W,  
k\aK?(.RC7  
4. 总结 +@:L|uFU  
uM
S*(L_  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 #ekM"p  
N`$!p9r  
第1步 ZA820A>2!  
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。 G;1?<3
 
K{=PQ XSU  
第2步 fY W|p<Q0  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 e.vtEQV9  
@Rq}nq=k  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 Mvcfk$pA  
D/ Dt   
应用示例详细内容 Adx`8}N8  
sWqM?2g  
系统参数 7wVH8^|  
DL8x":;  
1. 该应用实例的内容 fZ{[]dn[  
[TTSA2  
<<zI\+V  
2. 设计&仿真任务 ;rHO
&(h-  
2`bdrRD0  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 3yO=S0`  
`u_Qa  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Qa4MZj;$K  
dh -,E  
bS!\#f%9"  
4. 参数：SLM像素阵列 5V5w:U>_z  
Zv!{{XO2;  


.\:J~(  
5. 参数：SLM像素阵列 X#p Wyo~  
F- rQ3  
{/8
Q)2*>0  
应用示例详细内容 z`3( ,V  
MMQ;mw=^]  
仿真&结果 .~D>5 JnEk  
(<c7<_-H  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM ,kM)7!]N  
 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)。 r4XH =  
 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。 sen=0SB/  
} cNW^4F  
2. VirtualLab的SLM模块 7hw .B'7  

Ol/N}M|3
 
E6MA?Ax&=  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 EL{vFP  
 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。 [(mlv42"  
3H
C  
3. SLM的光学功能 9S7A!AKE  
j`>^1Q  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 'MxSd(T =  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 aX6}6zubr  
 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。 8|g<X1H{M  
|oFAGP1  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd AC- )BM';  
UQ
?%|y*Kc  
 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。 6W2hr2Zy9  
4=<*Vd`p  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd j<yiNHC  
F5
T3E?_  
4. 对比：光栅的光学功能 gzn^#3b  
 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。 T6BFX0$  
 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。 r,(Mu  
 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)。 ~N0sJ%  
 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。 vGd1w%J-  
 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。 zTm]AG|0  
~qP[eWe  
C(?blv-vM0  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd !nf-}ze{  
\IM4Z|NN"  
5. 有间隔SLM的光学功能 r%]Qlt~K  
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。 qSU|=  
PL=^}{r  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 6<'K~1do:  
}j{!-&  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 =r.
>N\  
'DbMF?<.  
r7mD{0s*  
6. 减少计算工作量 
^"8wUsP  
kGYTl,A{  
采样要求： X@A1#z+s0]  
 至少1个点的间隔(每边)。 JK_OZ  
 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。 umEVy*hc  
qdD)e$XW,  
采样要求： }:Z9Vc ZP`  
 同样，至少1个点的间隔。 \3YO<E!t  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 T]9\VW4  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ib6^x:HGU  
[1G^/K"  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 u{H?4|'(  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 SI:ifR&T  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 |UnUG  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Q4]4@96Aj  
u'~;Y.@i'  
n$L51#'  
E+95WF|4k"  
X@2-*so<
 
7. 指定区域填充因子的仿真 V&{MQWy  
^C)n$L>C0  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 ,L> ar)B  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 = "ts`>  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 q>!L6h5]t  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 <[ Xw)/#  
JH,/jR  
=3xE:  
8. 总结 xl9aV\
W  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 1`0#HSO  
*~XA'Vw!  
第1步 uzOYVN$t  
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。 LaFZ?7@|}  
g2cVZ!GIj  
第2步 W~n.Xeu{C  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 6=_~0PcY  
扩展阅读 [IZM.r`Z  
扩展阅读 ~"x5U{K48S  
 开始视频 q<vf,D@{ !  
-    光路图介绍 Y,S\2or$  
 该应用示例相关文件： h!@,8y[B  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Tb;d.^  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 }j5 a[L  
`TqSQg_l  
koG{ |elgB  
QQ：2987619807 ;r\(p|e  

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报告大纲 Tpp&  
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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~8 :  
hjx)D  
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 Btt]R
 
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）