[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) Z DnAzAR  
&fifOF#[e  
应用示例简述 T`)uR*$  
fU4{4M+9"  
1. 系统细节 4\2~wS
r  
 光源 s9BdmD^|#  
— 高斯光束 *q(H
W  
 组件 L9 H.DNA  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 /Pa<I^-#  
 探测器 "QV1G'  
— 视觉感知的仿真 Bqb3[^;~  
— 电磁场分布 U,nQnD"!t&  
 建模/设计 `O}bPwa{>  
— 场追迹： %gXNWxv  
 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。 5>M@ F0  
OY(znVHU  
2. 系统说明 m{0u+obi&w  
, -S n  
)hK1W\5  
3. 模拟 & 设计结果 +4Lj}8,  
z
y[|4Q(?  
4. 总结 ktK/s!bgY  
=|bW >y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 pXHeUBY.  
~7&O[  
第1步 .s<
tQU  
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。 0qD.OF)8  
'#x<Fo~hT  
第2步 vghn+P8  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 }#U3vMx(  
gc{5/U9H*  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 G3t 4$3|  
E{6X-C[)v  
应用示例详细内容 *g/@-6  
V3}$vKQ  
系统参数 MFLw^10(T  
`pd1'5Hm  
1. 该应用实例的内容 -<B{?D  
@?"t&h  
1Du9N[2'P  
2. 设计&仿真任务 a fhZM$  
F`YxH*tO7  
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。 hk1jxnQh  
VR0#"  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 )d-
{#  
f^X\N/  
MOW {g\{\  
4. 参数：SLM像素阵列 ZI#Xh5  
pvJPMx  
~j2=hkS  
5. 参数：SLM像素阵列 7?JcB?G4  
>jDx-H.N  
Y_<(~eN`  
应用示例详细内容 =Z(#j5TGvH  
OHha5n  
仿真&结果 >qI|g={M  
mg^\"GC*8  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM S+YbsLf  
 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)。 :j2_Jn4UP  
 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。 3eFBe2  
p,w6D,h  
2. VirtualLab的SLM模块 SbW6O_   

)WFSUZ~  
{m%X\s;ni  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 lC i_G3C  
 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。 ?RD)a`y51  
~ Qt$)  
3. SLM的光学功能 {XNu4d9w(  
v+*l|!v  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 TGz5t$]I  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 S&P5##.u`  
 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。 G{ $Zg  
Uq6..<#  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd :Y[r^=>  
}f6x>  
 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。 9b
T,=b;  
IczEddt@'  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd o;JBe"1  
|7I.DBjR;  
4. 对比：光栅的光学功能 r(yb%p+  
 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。 STmCj  
 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。 !lF|90=  
 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?/1 F1  
 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。 O!uB|*  
 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。 T`=N^Ca1!`  
2g^Kf,m  
JqH2c=}-  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd n6nwda  
N3H!ptn37  
5. 有间隔SLM的光学功能 *#;rp~  
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。 ^dP@QMly6  
z@ A5t4+3  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd )[)-.{q  
|[|X  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ,Fg&<Be}Jx  
hk&p+NV!  
MnsnW{VGX  
6. 减少计算工作量 !U/:!e`N  
,Ql3RO,  
采样要求： eeb8v:4  
 至少1个点的间隔(每边)。 *(d^k;  
 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。 tO?*x/XC{  
m=fmf(  
采样要求： S-yd-MtQp  
 同样，至少1个点的间隔。 ld[]f*RuW  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 $YaL3n  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 =W !m`  
ASy7")5  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 j&m<=-q  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 m$hSL4N  
 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)。 ,l7ty#j  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 %_SE$>v^  
r:Cad0xj;^  
<WBGPzVZE  
K{>O.5  
rmQGzQnun  
7. 指定区域填充因子的仿真 P!YT{}  
o`j%$K4?5  
 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。 x'JfRz  
 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。 ~w[zX4@  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 :@b>,{*4zS  
 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)。 9f,HjR
P  
F<-Pbtw  
Z*]n]eS  
8. 总结 cB<0~&  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 [
EGE|  
J;q3 fa  
第1步 (%+DE4?  
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。 <6L$:vT_  
[S</QS!  
第2步 @1Zf&'/6  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 oS,<2Z  
扩展阅读 R#\8jvv
 
扩展阅读 sCRBKCR?  
 开始视频 ={L:q8v)  
-    光路图介绍 Y@.JW  
 该应用示例相关文件： g\*gHHa  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 "F[VqqD  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 s.GhquFCrU  
Q}fAAZ&7h  
QdW%5lM+  
QQ：2987619807 5&9(d_#H  

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报告大纲 7K;dVB  

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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 `?D_=Gw  
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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 .y0]( h  
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