[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) S#Pni}JD  
Ni61o?]Nj  
应用示例简述 M7AUY#)  
TSP#.QY  
1. 系统细节 z Q11dLjs  
 光源 :YN,cId*  
— 高斯光束 '.tg\]|  
 组件 v6KF0mqA&  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ^@xn3zJ  
 探测器 d-$/C| J  
— 视觉感知的仿真 'Y-Y By :  
— 电磁场分布 Gn?<~8a  
 建模/设计 E#+|.0*!s  
— 场追迹： ~@ hiLW  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 RD'i(szi?  
oyo V1jO  
2. 系统说明 #j${R={  
8|\?imOp\[  
^y&sKO  
3. 模拟 & 设计结果 Ceak8#|4  
=xsTVT;sj  
4. 总结 x-=qlg&EI  
Q.L.B7'e7  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 . ,n>#
lL  
X/`M'8v.%  
第1步 xy1R_*.F^T  
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。 [NIaWI,>
 
7 a_99?J  
第2步 i@#fyU)[G  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 XVkCYh4,  
~i/K7qZ  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 x1R<oB|  
>-Q=o,cl%3  
应用示例详细内容 6.gk6  
'nh^'i&0.  
系统参数 ^N:bT;;$nZ  
[&a=vE  
1. 该应用实例的内容 ,[<+7  
B1Cu?k);.  
YB'BAX<lI  
2. 设计&仿真任务 =F"vL  
\J,pV  
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。 mR6hnKa_53  
C{8(ew  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 uiIS4S_  
El#"vIg(\  
&i
?>mt  
4. 参数：SLM像素阵列 x 2Cp{+}  
%T'<vw0  
eJwHeG  
5. 参数：SLM像素阵列 DDwm
;,eZ  
VgyY7INx9  
]:r6
 
应用示例详细内容 ]KE"|}B  
M|xs>+r*  
仿真&结果 }MXC0Z~si  
\RDS~u\d  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM FA3YiX(-e  
 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)。 E|v9khN(].  
 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。 8Xjp5  
"8sB,$  
2. VirtualLab的SLM模块 c}r"O8M  

-oR P ZtW  
Th>ff)~e  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 T.?}iz=ZEq  
 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。 dNfME*"yN  
K]c\3[vR  
3. SLM的光学功能 '$\O*e'  
/@QPJ~%8Ud  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 OT{cP3;0*o  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ztb?4f q6)  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 %UokR"  
*\PCMl  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ?0J&U4  
ATscP hk  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 {~cM 6W]f  
3P2x%Gp  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd vA&MJD{  
9qvKg`YSh  
4. 对比：光栅的光学功能 {q1u[T&r  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 ;G|#i?JJ  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 yHYK,3/C,  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 Vc*"Q8aZ~  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 ,zVS}!jRhy  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 ^2)<H7p  
g`\5!R1  
Bx9v2x.  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ]wm<$+@  
>7,?X_:A-1  
5. 有间隔SLM的光学功能 5VZZk%oy  
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。 Q"F" 13  
^ZPynduR  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 5/YGu=
,  
{u)>W@Lr  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 :Fh#"<A&&  
{j[a'Gb  
;fe~PPT  
6. 减少计算工作量 k$3Iv"gbx  
T7R,6qt  
采样要求： /?Hq  
 至少1个点的间隔(每边)。 ~1:_wni  
 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。 %fMFcL#h  
*%CDQx0}  
采样要求： %Hu?syo  
 同样，至少1个点的间隔。 z07Xj%zX9  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 u5N&Wn{  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 G3dA`3  
D=@bPB
>  
 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。 OEnCN  
 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。 /(8"9Sfm  
 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)。 zmhL[1qj  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 _lrvK99  
U%)-_ *`z  
=A{s,UP  
J_7#UjGA,  
]FEDAGu
 
7. 指定区域填充因子的仿真 7sq15oL  
;a 6Z=LB  
 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。 Qz4Do6#y  
 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。 (;9j#x  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 RQYD#4|  
 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)。 @{{6Nd5  
p^k*[3$0  
MO@XbPZB  
8. 总结 ~,7Tj  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 G@P+M1c  
w8cbhc  
第1步 _N:GZLG  
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。 `Wd4d2aLG  
~S\8 '  
第2步 lYT_Y.%I  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 zZ94_8b  
扩展阅读 I,W`s  
扩展阅读 x>tsI}C  
 开始视频 0BQ{ZT-Kh  
-    光路图介绍 RTr"#[  
 该应用示例相关文件： W`uq,r0Xsy  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 %7[q%S  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 MM6PaD{  
Pk>S;KT.  
u#UtPF7q  
QQ：2987619807 &H[7UyC  

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报告大纲 y` {|D*  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） `<kB/T  
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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 *
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uEf=Vj}G  
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 ^!x! F  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）