[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) Owt|vceT  
2o5Pbdel  
应用示例简述 a[).'$S}'  
%N.qu_,IZ  
1. 系统细节 #21t8  
 光源 q2>dPI;3T  
— 高斯光束 znVao %b  
 组件 g+ZQ6Hz  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统
s}m.r5  
 探测器 
b`%(.&  
— 视觉感知的仿真 zI$24L9*  
— 电磁场分布 @-d0~.S  
 建模/设计 7|vB\[s  
— 场追迹： )wFr%wNe  
 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。 9pY`_lxa>  
;_]Z3  
2. 系统说明 U`25bb1Wj  
`y%1K|Y=  
85fv])\y  
3. 模拟 & 设计结果 OsSGVk #Qh  
m`3Mev  
4. 总结 .WeP]dX%:f  
Zcq4?-&  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 v8PH(d2{@  
>R&=mo~  
第1步 V(/=0H/ F  
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。 zLeId83>  
vbn'CY]QU  
第2步 /d/Quro  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 >%PPp.R  
Z,x9 {  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 "M`ehgCBr  
|izf|*e  
应用示例详细内容 %\u
EV  
!Eof7LUE  
系统参数 VOmWRy"L  
fBZ\,  
1. 该应用实例的内容 kJy bA  
l>H G|ol  
BUp,bJpO  
2. 设计&仿真任务 q%^vx%aL\  
Y64B"J=P9  
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。 XyM?Dc5,  
P@RUopu,i  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Xy;!Q`h(  
8N58w)%7`  
:zL.dJwa  
4. 参数：SLM像素阵列 s</llJ$  
A\6Q
*VhK  
p]7Gj&a  
5. 参数：SLM像素阵列 tG{?  
/
nX+*L}d/  
/
p&)bL  
应用示例详细内容 ' YONRha  
1V@\L|Y  
仿真&结果 lQ}e"#<  
aD5G0d?u  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM H=7zd|W  
 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)。 jE&Onzc  
 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。 te+5@k#t  
.W>8bg'u9  
2. VirtualLab的SLM模块 rI[
Lg0S  

`Al[gG?/!  
0H V-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。 /&+6nOP  
 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。 !Qg%d&q.Sx  
>v+ia%o  
3. SLM的光学功能 })l+-H"  
}UzO_&Z#6  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 c0H8FF3  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 &<u pjb  
 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。 iZ`1Dzxgk  
[|sKu#yW  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd l7]$Wc[  
AR}M*sSh  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 G0^O7w^5  
GM/3*S$c  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd >e4  
n ^T_pqV?X  
4. 对比：光栅的光学功能 KAg<s}gQJ  
 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。 `;^%t   
 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。 mX8A XWIa  
 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)。 |\

/0S  
 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。 V.Ig
EE]  
 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。 i*9l  
Lp \%-s#5s  
y\ nR0m  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd u+]v.Mt  
`9QrkkG+  
5. 有间隔SLM的光学功能 l|-TGjsX  
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。 5JbPB!5;  
/~_Cb=7  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd z]k=sk  
]|q\^k)JU  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 VA _O0y2  
yG0Wr=/<?  
X$O,L[] 4  
6. 减少计算工作量 uP/WRQ{rW>  
@1#$  
采样要求： %J`;  
 至少1个点的间隔(每边)。 ~6'6v8  
 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。 F}Bc +i#]  
qYFol#=%  
采样要求： 5eC5oX>  
 同样，至少1个点的间隔。 _%s_w)  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 fB5Bh;K  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 h2Ifq!(:  
r*/Pyh  
 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。 +w/Ax[K  
 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。 XN"V{;OP1  
 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)。 SVp]}!jI  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。
US)wr  
KQ/v](
77  
E{r_CR+8  
VEd#LSh  
~(B\X?v  
7. 指定区域填充因子的仿真 =JyYU*G4  
_QtqQ~f  
 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。 !^ 6x64r  
 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。 M[_~7~4  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 vi0% jsI  
 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)。 gFJ&t^yL  
@+}Q<  
UD*#!H  
8. 总结 lN+NhPF  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 +by
w*Kk  
@hm%0L  
第1步 ja~b5Tf9  
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。 Ul[>LKFY  
76)(G/  
第2步 mN?'Aey  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 'oTcx Jx  
扩展阅读 ~`hI|i<]  
扩展阅读 Y[T;j p(k  
 开始视频 44?5]C7  
-    光路图介绍 5d
(A(  
 该应用示例相关文件： O6OP{sb  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 hC]c =$=7  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ue/6DwUv  
S#+G?I3w  
P,iLqat  
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报告大纲 crgYr$@s?  
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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 F|P2\SPL  
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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 %m+MEh"b5  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）