[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) F?B=:8,}  
`2PT 8UM  
应用示例简述 gISs+g  
.Dm{mV@*T  
1. 系统细节 -
+>am?  
 光源 67x^{u
7  
— 高斯光束 ]@YQi<d2^  
 组件 gL`SZr9  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 `vw.~OBl  
 探测器 In&vh9Lw  
— 视觉感知的仿真 /`> P|J  
— 电磁场分布 bSLj-vp  
 建模/设计 6K}=K?3Z  
— 场追迹： }3 }=tN5  
 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。 B5G$o{WM  
CCOg1X_  
2. 系统说明 /5Loj&!=  
<.ky1aex7  
:(Bi{cw  
3. 模拟 & 设计结果 z7C1&bGe  
x(=x;X$[^  
4. 总结 LS'=>s"  
mI#; pO2  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 hT"K}d;X  
vuBA&j0C  
第1步 `@7tWX0  
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。 gN~y6c:N  
dL(|Y{4  
第2步 ,6"n5Ks}  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 tpONSRY  
sfE8b/Z8  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 fx:KH:q3  
4a!7|}W  
应用示例详细内容 BtChG] N|  
M7,MxwZ0k  
系统参数 ;0}2@Q2@ZK  
^<0NIu}  
1. 该应用实例的内容 zi .
,?Q  

uW=NH;u  
o[hP&9>q  
2. 设计&仿真任务 R"`{E,yj  
Q%Q?q)x  
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。 4tJ4X' U  
tL{~O=  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 <|3v@  
3ohcHQ/a  
Ws)X5C=A  
4. 参数：SLM像素阵列 W+e*(W|d6  
 twmJ  
4uAafQ`@H  
5. 参数：SLM像素阵列 [nIG_j>D-f  
-i5g 8t'  
u7Y< ~  
应用示例详细内容 92VX5?Cyg  
U^BXCu1km  
仿真&结果 es+_]:7B9  
Cf[F`pFM  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM <Cu?$  
 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)。 9Pk3}f)a  
 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<INS~  
a9zph2o-  
2. VirtualLab的SLM模块 E(kpK5h{  

e
.|RC  
DN':-PK  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 KGmc*Jwy  
 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。 5|G3t`$pa  
{JCz^0DV  
3. SLM的光学功能 J?quYlS  
~Z6p3# !o  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ANQa2swM  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 np\2sa`  
 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。 ZQ-`l:G  

2$zq (  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd f\_!N "HW  
0k0c   
 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。 >ydb?
 
<`j[;>O  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd [2 w<F[  
-s%-*K+,W  
4. 对比：光栅的光学功能 =#2qX>?  
 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。 3hf;4Mb  
 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。 o/ g+Z  
 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)。 %_R|@cyD  
 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。 _7.GzQJ  
 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。 gq_7_Y/  
QC5f:BwM  
ElR&scXi__  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ph12x: @B  
P,;b'-5C  
5. 有间隔SLM的光学功能 4B8Se  
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。 l9NOzAH3  
a$zm/  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd {&}/p-S  
'=,rb  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Z++Z@J"  
Ik-E4pxKo  
Q@W|GOH3  
6. 减少计算工作量 x #X#V\w=  
#"p1Qea$  
采样要求： k CW!m  
 至少1个点的间隔(每边)。 ^o
6)[_L  
 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。 iPY vePQ  
9
p\Hx#^  
采样要求： yEpN,A  
 同样，至少1个点的间隔。 HEB/\  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 (\mulj  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 g"!#]LLe  
/x:(SR2,  
 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。 : >wQwf  
 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。 MX`Wg  
 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)。 0qL V(L  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 2 ]DCF  
&ap`}^8pM  
3:~l2KIP4  
IglJEH[+  
#7~tL23}]  
7. 指定区域填充因子的仿真 }}``~  
(U(/C5'  
 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。 o[6vxTH  
 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。 wj#J>C2]  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 jV4hxuc$  
 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)。 9QOr,~~s  
dI_r:xN  
~.W=  
8. 总结 4C,kA+P  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Z[})40[M  
k_K,J6_)  
第1步 ovQS ET18b  
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。 2;%#C!TG;  
OAW=Pozr9  
第2步 K9C@dvFH  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 dXhCyr%"6  
扩展阅读 $^vp'^uW>  
扩展阅读 N#RD:"RS!  
 开始视频 \'; t*  
-    光路图介绍 "M9TB. O  
 该应用示例相关文件： )BF \!sTn  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 JNxW6 cK  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 P1 7>6)a  
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u\()E|?p  
QQ：2987619807 &Rt+LN0qB0  

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报告大纲 H,(F1+~d  
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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 8'3"uv  
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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 {udrT"h  
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