[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) pRfHbPV?  
B?>#cpWj  
应用示例简述 )}Mt'd  
PfMOc+ q  
1. 系统细节 - &LZle&M  
 光源 )fcpE,g'  
— 高斯光束 b+fy&rk@-  
 组件 So0,)  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Xv;ZAa  
 探测器 7.=s1~p  
— 视觉感知的仿真 N,'qMoNf  
— 电磁场分布 {hp
@j#  
 建模/设计 "gVH;<&]  
— 场追迹： AI`1N%Owi  
 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。 oz7udY=]0  
nT6iS}h  
2. 系统说明 j-\^ }K.&  
xn#I7]]G  
t7& GCZ  
3. 模拟 & 设计结果 )eVDp,.^  
oHGf |  
4. 总结 ]0nC;|]@Lx  
RAJ|#I1  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 =(uy':Dbn*  
z[I/ AORl  
第1步 sjbC~Te--  
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。 |zegnq~  
UVi/Be#|  
第2步 ;C@^wI  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 X|0`$f  
GoGgw]h>x  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 yru}f;1  
D+nj[8y  
应用示例详细内容 }Z%{QJ$z  
~]s"PV:|  
系统参数 F973U  
."g5+xX  
1. 该应用实例的内容 [\y>&"uk  
<{~UKi  
dQoMAsxzM  
2. 设计&仿真任务 E<[ bgL  
N`:bvr  
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。 'cCj@bZ9X  
#8HXR3L5=!  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 PW\FcT  
x"=q+sA  
U-N/
Z\QD  
4. 参数：SLM像素阵列 H%jIjf  
FO3*[O   
mqxy(zS]  
5. 参数：SLM像素阵列 |xC TX  
V&nJT~k  
^d=@RTyo/  
应用示例详细内容 uw&,pq  
d|HM
 
仿真&结果 0X6o  
YR`rg;n#  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM M?CMN.Dw  
 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)。 _ q1|\E%`h  
 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。 _ o3}Ly}  
gx.]4v  
2. VirtualLab的SLM模块 *g}&&$b0  

G+p>39P   
:cz]8~i\  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 j ZafwBi  
 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。 'Z9F0l"Nr  
73<yrBxp  
3. SLM的光学功能 x/^zNO\1  
<;"=a
h7A  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 kV<)>Gs  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 X Y?@
^  
 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。 Q*(C)/QW  
&g {_.n,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 1#uw^{n  
]jrxrUl  
 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。 00TdX|V`  
\mGM#E  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd {bEEQCweNJ  
YtQWAr
X,  
4. 对比：光栅的光学功能 J8'zvH&I  
 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。 ,6L>f.V^(U  
 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。 k"c_x*f  
 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)。 e8v=n@0  
 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。 V0(ABi:d  
 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。 {HDlv[O%  
P ie!Su`  
Wg&:xff  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd  K>eG5tt  
_ RYZyw   
5. 有间隔SLM的光学功能 r/f;\w7  
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。 >$F]Ss)$  
_XPc0r:?>  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd g&wQ^  
)P])0Y-  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 .@V>p6MV  
ARo5 Ss{  
Zv93cv  
6. 减少计算工作量 j&5Xjl
>4  
l"8YIsir  
采样要求： 2T9Z{v  
 至少1个点的间隔(每边)。 1L7,x @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。 W aU_Z/{0  
1doqznO  
采样要求： nt6"}vO  
 同样，至少1个点的间隔。 8EA?'~"  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 IF1}}[Ht  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 sn%fE  
^Du_e(TiyK  
 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。 K%;yFEZ  
 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。 5$X{{j2  
 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)。 @dNbL}qQ  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 <Vb{Q
Ogc;  
(WvA9s{/  
u!W00;`L  
XLT<,B}e  
I5]zOKlVR  
7. 指定区域填充因子的仿真 )
3  
'>BHwc  
 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。 ?a@l.ZM*  
 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。 %<t/xAge  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 \BW(c)Q  
 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)。 D5x^
O2  
;nE}%lT  
HFOp4  
8. 总结 It[~0?+  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 8z"Yo7no  
Hw? J1#1IE  
第1步 .anL}OA_q  
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。 ,")7uMZaF\  
_1ins;c52  
第2步 b%(0AL  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ||f4f3R'  
扩展阅读 $.Ni'U  
扩展阅读 4~4Hst#^  
 开始视频 (!s[~O6  
-    光路图介绍 v]v f(]""  
 该应用示例相关文件： "'Ik{wGc  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 =
RA6p  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 c1[;a>  
E2MpMR  
-84Z8
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QQ：2987619807 ?jbam!A  

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报告大纲 CTwP{[%Pk  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） k=LY 6  
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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 9`xq3
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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 f~]5A%=cZ  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）