[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) K%O%#Kk  
Y$shn]~  
应用示例简述 I!~5.  
Ab/gY$l  
1. 系统细节 uD_iyK0,  
 光源 -m3O\X  
— 高斯光束 5$/ED3mcK  
 组件 O$+0 .  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 \}Z5}~S  
 探测器 /{6PwlP5  
— 视觉感知的仿真 JdF;*`_7*  
— 电磁场分布 <`}Oi5nW  
 建模/设计 q{ i9VJ]  
— 场追迹： S{&,I2aO  
 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。 (]>=y  
)l~:Puvh  
2. 系统说明 )%I2#Q"Nt-  
-W<x|ph U  
!RN(/ &%y  
3. 模拟 & 设计结果 fYBmW')  
{1Z8cV  
4. 总结 ~dg7c{o5  
EBc_RpC/Z  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 j#hFx+S  
Yi1lvB?m  
第1步 e0Zwhz,  
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。 Iy%
fg',%  
mII7p LbQ  
第2步 -{n2^vvF  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ',$Uw|N  
$dIu${lu  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 j51Wod<[  
%5Q5xw]w3  
应用示例详细内容 LQ(z~M0B  
Q8OA{EUtq  
系统参数 e=e^;K4  
/%fBkA#n  
1. 该应用实例的内容 o."k7fLB  
Z<jio  
]zK'aod  
2. 设计&仿真任务 $R6iG\
V5  
IYAvO%~  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 mCah{~  
J)tk<&X  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 iYJ:P  
S5'ZKk  
:4JqT|nS  
4. 参数：SLM像素阵列 !'scOWWn  
a_}k^zw(  
Zcst$Aro  
5. 参数：SLM像素阵列 tjLp;%6e  
d^b(Uo=$  
su:~Xd  
应用示例详细内容 B6qM0QW  
^K[WFiN}  
仿真&结果 GY%^!r  
[=/Yo1:v  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM q+<<Ku(20  
 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)。 N!me:|Dn  
 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。 0 ]K\G55  
$U. >]i  
2. VirtualLab的SLM模块 EY+/ foP  

Z!#n55|  
f[r?J/;P9  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ;zq3>
A  
 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。 iB-h3/  
-!_\4
 
3. SLM的光学功能 B8=r^!jEL  
ayGYVYi  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ^ &UezDTS  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 8&K1;l }  
 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。 F6'[8f  
/xS4>@hn  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 3jeB\  
I7=g8/JD  
 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。 
s<#["K*_  
_Fc :<Ym?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd nf%"7y{dd  
NCu:E{([  
4. 对比：光栅的光学功能 6(M^`&fl
 
 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。 8VWkUsOoI  
 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。 WRdBL5  
 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)。 S2APqR
g*  
 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。 H]I^?+)9  
 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。 O\~/J/u <  
44r@8HO1  
H0dHW;U<1  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd |M;tAG$,"y  
GF^)](xY+  
5. 有间隔SLM的光学功能 f52*s#4}  
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。 r:.ydr@  
!k5I#w:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd "J.7@\^ h/  
4hQ.RO   
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 &7 0o4~Fr  
4Y'Kjx  
nuvRjd^N  
6. 减少计算工作量 2bnF#-(  
?^X e^1(  
采样要求： jIvSjlmI  
 至少1个点的间隔(每边)。 j]6c_r3
 
 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。 _x'?igy  
M9PzA'}4W6  
采样要求： M~!DQ1u  
 同样，至少1个点的间隔。 {J[5 {]Je[  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ~#]$YoQ&O  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 H?H(=  
q8=hUD%5C  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 1woBw>g  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 d*cAm$  
 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)。 8T]x4JQ0  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 mh$Nwr/W:  
<H]1 6  
}#bX{?f  
\9Yc2$dY  
r5s$#,O/&Q  
7. 指定区域填充因子的仿真 
"d3qUk  
lFZ}.  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 sM _m  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 Jx-dWfe  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 &pk&8_=f  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 l,w$!FnmR  
$%GW~|S\C  
7O\sQ]i6  
8. 总结 xlHC?d0}  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 9{(A-  
cy%S5Rz  
第1步 J|gRG0O9Ya  
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。 FHv^^
u'@  
3B^`xnV  
第2步 rL9u7)x  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 +#wh`9[wBt  
扩展阅读 vi8)U]6  
扩展阅读 ]N#%exBVo  
 开始视频 4r+s" |  
-    光路图介绍 up^D9(y\  
 该应用示例相关文件： +m+v1(@  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 sSdnH_;&  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Ug~]!L  
C\RJ){dk  
g/_j"Nn  
QQ：2987619807 O&vE 5%x  

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报告大纲 [e.@Yx_}  
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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 \[MQJX,dn  
WPXLN'w+  
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 )&$p?kF  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）