[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) YWm:#{n.  
ost~<4~  
应用示例简述 e#08,wgW  

}|x]8zL8G  
1. 系统细节 T6{IuQjXs  
 光源 or(Z-8a_  
— 高斯光束 \l#=p+x5  
 组件 m+1MoeR  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 G66vzwO  
 探测器 k8w8I$QEM  
— 视觉感知的仿真 &ts!D!Hj  
— 电磁场分布 Ii;~ xc  
 建模/设计 ;Ni+TS  
— 场追迹： qG~O]($  
 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。 Vj`9j. 5  
lS}5bcjR=k  
2. 系统说明 u0N1+-6kr+  
dGZVWEaPfx  
PF4Cs3m/  
3. 模拟 & 设计结果
;o#dmG  
U|iSJ%K  
4. 总结 Rg'1 F  
?-*_v//g  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 J#bEAK^L,l  
Ib]{rmaP  
第1步 tz2`X V{  
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。 xUj[d(q  
5.idC-\  
第2步 xpUaFb  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 UiW(/L  
M]eH JZ~v  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 wS8qua  
/J1O{L  
应用示例详细内容 Nqy',N  
e>Is$+[`7  
系统参数 eBG7]u,
Q  
O /aC%%  
1. 该应用实例的内容 HlLF<k~}  
[O9(sWL'  
q1Ah!9B  
2. 设计&仿真任务 IL`5RZi1  
%Wn/)#T|  
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。 ?GX5Pvg
 
@yqy$I
  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 omY%sQ{)  
#;>J<>  
)k=8.j4  
4. 参数：SLM像素阵列 7G!SlC X}W  
Lab{?!E>U  
iiKFV>;t/  
5. 参数：SLM像素阵列 ;?bRRW  
NC|&7qQ  
,??xW{*|  
应用示例详细内容 J3g>#N]='(  
]g!k'@  
仿真&结果 ^o65sM  
hP,SvN#!2  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM % ;09J  
 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)。 H+\rCefba  
 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。 @\b*a]CV  
\snbU'lfP  
2. VirtualLab的SLM模块 8&f}GdZh  

f!eC|:D  
pu,/GBG_  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 FK;\Nce&  
 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。 |s[m;Qm[ku  
u3w `(3{<  
3. SLM的光学功能 +.mIC:9  
) ^!oM  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 78Nli/U  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 m},nKsO  
 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。 `yNNpSdS1  
mRxL%!  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 5d<-y2!M  
(SU*fD!t  
 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。 JPS L-j  
!634 8nU:  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Y+F$]!hw  
[p_R?2uT  
4. 对比：光栅的光学功能 X_
!Sm  
 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。 wwmMpK}f  
 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。 Y[X5S{H`wj  
 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)。 G]=U=9ZI  
 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。 !nU  
 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。 0`3ey*  
x.<^L] "  
Oh5(8.<y  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd e}-uU7O  
w(<; $9  
5. 有间隔SLM的光学功能 :DR G=-M  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 ?so3Kj6H  
=3^YKI  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd sbQmPV  
&:nWZ!D  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Hvnak{5  
_bMD|  
^-f5;B`\i  
6. 减少计算工作量 ak;fCx&  
0@.$(Aqo(  
采样要求： P (_:8|E  
 至少1个点的间隔(每边)。 EX='\~Dw  
 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。 _+T;4U'p  
pIqPIuy  
采样要求： :R"k=l1  
 同样，至少1个点的间隔。 cSnm\f  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ouPwhB,bg  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 _2<|0lvh  
&YmOXKf7  
 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。 F C2oP,  
 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。 LyS139P$  
 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)。 Z>Rd6o'  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 UFyGp>/06  
o`DBz
C  
GQ$0`?lp  
d_QHm;}Cx  
3|[:8  
7. 指定区域填充因子的仿真 +7|Oy3s  
 bXQ(6P  
 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。 lmz{,O  
 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。 q}M^i7IE  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 }V ;PaX  
 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)。 D@"q2 !  
@j9yc  
Ni"fV]'  
8. 总结 @J!)o d  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 +O*S>0  
`g6Z
hG:W  
第1步 <L
yz7R6  
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。 RCND|X  
WvAl!^{`  
第2步 Y\%R6/Gj|u  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 H) m!)=\'  
扩展阅读 c5mv4 MC  
扩展阅读 `Rm2G  
 开始视频 )d>"K`3  
-    光路图介绍 z }R-J/xr2  
 该应用示例相关文件： {>5z~OV  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 e1[kgp   
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 f]
J?-ks  
fdck/|`t  
P+%O]v1 Ob  
QQ：2987619807 GNZQj8  

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报告大纲 T_5 E  
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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 4y>G6TD^  
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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 >Q[]i4*A  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）