[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) LB|FVNW/S  
_N5$>2  
应用示例简述 g_\U-pzr  
);*A$C9RA  
1. 系统细节 U[1Ir92:  
 光源 R<+K&_  
— 高斯光束 `gIlS^Q  
 组件 .R/`Y)4  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 aO9a G*9T  
 探测器 s
mLXNO  
— 视觉感知的仿真 `b^eRnpR  
— 电磁场分布 X0Q};,  
 建模/设计 G'/36M@  
— 场追迹： ^w eU\  
 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。 $=/.oh  
jrGVC2*rD  
2. 系统说明 )6# i>c-  
@<5?q:9.8  
UwuDs2 t  
3. 模拟 & 设计结果 0Bx.
jx0?  
ad).X:Qs  
4. 总结 [:geDk9O#'  
"pb,|U
 
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 xyK_1n@b  
je6H}eWTC6  
第1步 t =ErJ  
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。 :zk69P3  
t1,sG8Z  
第2步 k\UDZ)TQV  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 9S ~!!7oj  
hm=E~wv'L  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 a)'^'jm)4  
~U+SK4SK:o  
应用示例详细内容 eJ+V!K'H2  
u%FG% j?C  
系统参数 FWNO/)~t  
kK2x';21  
1. 该应用实例的内容 9K*yds  
J>(I"K%  
R=jIVw'  
2. 设计&仿真任务 >r] bfN,  
 fS50  
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。 m&xyw9a  
U$R+&@;  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 7@R;lOzL3  
Gma)
8X#  
ob=GB71j55  
4. 参数：SLM像素阵列 ]+O];*T  
?ic7M  
.,t"iC:E  
5. 参数：SLM像素阵列 %zx=rn(K  
l?:!G7ie  
rtr0 d  
应用示例详细内容 ?[>+'6  
KD9Y  
仿真&结果 +$Q33@F5l  
^;0.P)yGA  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Xk[;MZ[  
 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)。 WyH2` xxX  
 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。 "71@WLlN  
D&q-L[tA
@  
2. VirtualLab的SLM模块 *6%!i7kr  

g3@Qn?(j!  
o*7`r~  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 #Jt9U1WbF  
 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。 ]r;-Lx{F  
O-r,&W  
3. SLM的光学功能 5/<?Y&x  
n:cre}0.  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 zmvF#o  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 AyZL(  
 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。 zoYw[YP9  
V=}AFGC85  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd |IL..C   
Iuk!A?XV  
 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。 ?5d7J,"<h  
<%fcs"Mb  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ..RCR_DIp  
T/Q#V)Tp  
4. 对比：光栅的光学功能 $OK}jSH*v)  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 ~Aul 7[IH  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 y'ULhDgq^B  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 I_s4Pf[l  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 AZ~=]1  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 g+Z~"O]$M  
{VqcZhqy/l  
Yo
y}Zdu}h  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd HY[eo/nM1d  
c}K>#{YeB  
5. 有间隔SLM的光学功能 l :\DC  
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。 C.M
]~"e  
Yhu 6QyRV  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd 4$D:<8B  
gZQ,br*  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 |` gSkv  
DuJbWtA  
<t[WHDO`  
6. 减少计算工作量 S EdNH.|I  
FFGG6r  
采样要求： 0KknsP7  
 至少1个点的间隔(每边)。 iT#)i3   
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 @&!HMl  
o'S&YD  
采样要求： ]Dc
Q8D  
 同样，至少1个点的间隔。 fyat-wbb  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 %j9'HtjEa  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 k[3J5 4`g1  
VY }?Nb<&  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 "Xq.b"N{*  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 h?H:r <  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 I6}ineps  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ooa>~!91P  
Q)oO*CnM!-  
FbRq h|  
;<q
v-$P  
871taL
=  
7. 指定区域填充因子的仿真 qF!oP  
*G|w#-\.c  
 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。 JGjqBuz#A*  
 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。 kI5`[\  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。  h"<-^=b  
 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)。 Ys|n9pW  
Ms8&$  
*,Bo $:(n  
8. 总结 jcNYW_G  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 'Q\I@s }  
y#-mj,e  
第1步 %<cfjo  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 *^cJn*QeL  
G-?y;V 1  
第2步 Z/nTI0N{  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 XD>(M{~  
扩展阅读 8RS=Xemds  
扩展阅读 gp Aqz Y  
 开始视频 DpG|Kl|d  
-    光路图介绍 .32]$v
x  
 该应用示例相关文件： wGfU@!m  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 $`L!2  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 md8r"  
Kts#e:k@  
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QQ：2987619807 Kfho:e,  

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报告大纲 sC ,[CN:b  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） Oj6PmUK4  
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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 fB~BVYi  
Ja$Ple*XU8  
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 ~j}7Fre  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）