[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) KxI&G%z  
)fF
b_U  
应用示例简述 Pj[PIz  
l>2E (Y|  
1. 系统细节 _64A(U  
 光源 xmNB29#  
— 高斯光束 z#zI1Am(O  
 组件 bZ?v-fn\D,  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 @GPCwE1  
 探测器 Y#]+Tm(+  
— 视觉感知的仿真 9`T)@Uj2n  
— 电磁场分布 XR8,Vt)=  
 建模/设计 ]
jtK I4  
— 场追迹： Y4OPEo5o  
 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。 O%Scjm-^X  
'OE&/ C[  
2. 系统说明  Hu^1[#  
T%x}Y#U'`  
zE336  
3. 模拟 & 设计结果 %r<rcY  
ySk R>y  
4. 总结 G|[=/>~B  
\(3y7D  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 xN>npP   
;PF`Wj  
第1步 }Q)#[#e  
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。 {i1|R"ta  
:<ka3<0%  
第2步 P!~MZ+7#&  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Yw22z #K  
N@;?CKU  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 d)B@x`  
bADnW4N`6;  
应用示例详细内容 H;D>|q  
Av @b!iw+  
系统参数 CWf /H)~  
\@-@Y  
1. 该应用实例的内容 x
qXo0  
*w$W2I>b7  
%&$Tz1"  
2. 设计&仿真任务 9TU88]  
7WZr
SC  
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。 g6W)4cC8a  
fs|)l$Rd  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ,368d9,rDz  
BmBj7  
Nw:GCf-L  
4. 参数：SLM像素阵列 anuL1fXO  
rJd,Rdt.  
ZkgV_<M|  
5. 参数：SLM像素阵列 KMt`XaC9e  
t^VwR=i  

:KH g&ZX7  
应用示例详细内容 ?J'Y&  
DDvh4<
Hk  
仿真&结果 !y#"l$"xK  
6f;
fx}y  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 4)E_0.C  
 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)。 I\hh8abAp  
 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。 {Z{75}  
z^KJ*E  
2. VirtualLab的SLM模块 -)s qc P  

Pnw]Tm}g  
PEN\-*Pv  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 o-;E>N7t  
 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。 6L:x^bM  
m2-Sx  
3. SLM的光学功能 R= a|Blp  
5NBV[EP  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 <CRP^_c  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 1m+p;T$  
 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。 S(QpM.9*  
Yi .u"sh]  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd YgKZ#?*  
YpQ7)_s?  
 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。
U -Y03  
<Q$@r?Mu]  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd wU8Mt#D!  
]I-Z]m"  
4. 对比：光栅的光学功能 !P ~_Dl2d  
 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。 V=)_yIS  
 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。 Qg^cf<X{i  
 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)。 k-Q%.o  
 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。 z+ s6)Ad  
 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。 hZ[E7=NTQ^  
Yv hA_v  
UYFwS/ RW}  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd c/Qt Ot
 
h"`ucC8X  
5. 有间隔SLM的光学功能 Vw[6t>`  
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。 Mc#*wEo)8  
sLh
==V;9  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd o5xAav"+>  
f @8mS   
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 BeCWa>54i  
9F6F~::l}  
p/(~IC"!J  
6. 减少计算工作量 XXbqQhf  
ilK-?@u+  
采样要求： -r#X~2tPzD  
 至少1个点的间隔(每边)。 ;_8#f%Y#R  
 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。 P
-`M  
ur*T%b9&  
采样要求： m7&O9?X  
 同样，至少1个点的间隔。 U ?'vXa  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 A3vUPWdDk  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 |M8WyW  
t(GR)&>.2  
 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。 'jmTXWq*  
 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。 3
VuW#m#j  
 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)。 xAafm<L@!  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 Wf>zDW^"R  
";BlIovT=R  
f?oa"  
c;{Q,"9U  
RE}?5XHb  
7. 指定区域填充因子的仿真 ;WgJ<&33  
ub7zA!%  
 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。 >:zK?(qu,N  
 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。 ,B08i o-  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ~)qtply  
 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)。 vgD {qg@  
[v$0[IuY,  
"oWwc zzO  
8. 总结 !E,A7s  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 mK[)mC _8  
994`ua+  
第1步 M(RZ/x  
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。 `
L>  
<WjF*x p  
第2步 hj  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 /R~1Zj2&  
扩展阅读 $KUos+%  
扩展阅读 z?[r  
 开始视频 Dw=gs{8D  
-    光路图介绍 hdnTXs@z  
 该应用示例相关文件： {D?50Q  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 DVah
 
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 XQ%?  
s"9`s_p`d  
Y7#-Fra0W  
QQ：2987619807 O:T
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报告大纲 s[K^9wz  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） "V>R9dO{"!  
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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 4q'B<7{Q  
e$u4vC~  
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 DUL4noq{  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）