[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) n$u@v(I  
v\3 \n3[u  
应用示例简述 *
q$O6B-  
!!\x]
$v  
1. 系统细节 F*['1eAmdY  
 光源 ? koIZ  
— 高斯光束 h6(\ tRd!\  
 组件 |lG7/\A  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 99YgQ Y]HO  
 探测器 t9\}!{<s  
— 视觉感知的仿真 )s~szmJoVD  
— 电磁场分布 $[xS>iuD  
 建模/设计 ^D5+S`V  
— 场追迹： ]F#}8$  
 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。 Yf?hl  
f =MP1q[  
2. 系统说明 buu /Nz$  
{u(( y D  
Gv+$7{  
3. 模拟 & 设计结果 #WlTE&  
:AYhBhitC  
4. 总结 uz /Wbc>y  
3Jh!YzI8  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ]5',`~jkF  
:?P>))vT%  
第1步 4Nl3"@<$  
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。 W'Y?X]
xr  
Kk\TW1w3  
第2步 Tv6HPD$[  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ?e#bq]  
L:_GpZ_  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 V=de3k&p  
w\zNn4B})A  
应用示例详细内容 rT"3^,,  
<5]ufv  
系统参数 EpU}~vC9C  
%5ovW<E:  
1. 该应用实例的内容 v vzPt.ag  
^:u-wr8?{  
7SJbrOL4Q-  
2. 设计&仿真任务 wM1&_%N  
j_{f(.5  
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。 ?D_^8
\R  
]R*h3U@5#K  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 &hcD/*_Z  
v83@J~  
{l9g
YA  
4. 参数：SLM像素阵列 {WvYb,
  
\#!B*:u  
}B ?_>0  
5. 参数：SLM像素阵列 @gnLY  
u10;qYfL8o  
):]5WHYg  
应用示例详细内容 e81+as  
qs>&
Xn  
仿真&结果 Yq>K1E|  
Jbn^G7vH<6  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM \OwCZ!`7i  
 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)。 _%wB*u,X  
 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。 `Jj q5:\&  
jx#9  
2. VirtualLab的SLM模块 }z F,dst  

:(YFIW`59  
&f
W'_,-  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 wv  
 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。 ~7wLnB  
/V }Z,'+  
3. SLM的光学功能 ny}_^3  
jbe_r<{  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 +GEdVB  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ? =I']$MH  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 ~(`&hYE  
0|6Y%a\U  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd iXLH[uhO;  
k'NP+N<M  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 aA]wFZ  
Pa'N)s<  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd jdkqJ4&i  
a1shP};pK  
4. 对比：光栅的光学功能 <m,bP c :R  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 )4RSo&9p`  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 P2F8[o!<  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 =&^tfD  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 X!6$<8+1OV  
 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。 u%5
,U-  
kP1cwmZ7F  
RG9iTA'  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd sB!6"D5
 
IdCE<Oj\  
5. 有间隔SLM的光学功能 JkQ\r$Y.  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 G!Yt.M0  
 &\ K  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd }l&y8,[:  
I#'yy7J  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 +R_s(2vz  
{I/t3.R`  
Q$Rp?o&  
6. 减少计算工作量 m95] z18T'  
V`rxjv}!  
采样要求： ZAgtVbO7  
 至少1个点的间隔(每边)。 8gG;A8  
 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。 = toU?:.  
xyHv7u%*  
采样要求： ,hZ?]P&  
 同样，至少1个点的间隔。 B%5"B} nG  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 o*3\xg  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 B>[myx  
EHfB9%O7y  
 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。 !b$]D?=}  
 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。 ]G^9PZ-  
 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)。 c<sq0('`  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 C=bQ2t=Z  
Gz4LjMQ &  
iba8G]2  
D~M*]&  
f ~bgZ  
7. 指定区域填充因子的仿真 AW'$5NF>  
_UY=y^ c0>  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 S4rm K&  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 >U(E \`9D  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 DcG=u24Xy!  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 )P,pW?h$  
ce*?crOV  
7`e<H8g  
8. 总结 t>x!CNb'C  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 IJC]Al,df  
["e;8H[K)%  
第1步 wr~Qy4 ny  
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。 1tTY)Evf  
Asy2jw\V  
第2步 q\<NW%KtX  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 A|GsbRuy  
扩展阅读 c:+UC  
扩展阅读 z2Z}mktP  
 开始视频 h)aLq  
-    光路图介绍 y|NY,{:]  
 该应用示例相关文件： *1T~ruNqa  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 x=X&b%09  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 GIfs]zVr`  
,XI=e=  
F5OQM?J  
QQ：2987619807 Vy^mEsQC+h  

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报告大纲 M?kXzb\O  
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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 =H^~"16  
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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 dQ#oY|a  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）