[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) 2Q/#.lNL  
}"{NW!RfP  
应用示例简述 N)0I+>, ^  
bN',-[E  
1. 系统细节 +EnJyli  
 光源 K
ioD/  
— 高斯光束 unUCn5hJ=  
 组件 DW,fh8w  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 A)X 'We  
 探测器 o3mxtE]  
— 视觉感知的仿真 ,iUYsY  
— 电磁场分布 dE_I=v  
 建模/设计 ];|;")#=  
— 场追迹： wW1E 'Vy{  
 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。 c20'{kH  
<XfCQq/  
2. 系统说明 1HBdIWhHv.  
ZUW~ZZ7Z:  
wkp|V{k  
3. 模拟 & 设计结果 KLc<c1BZ  
LAoX'^6  
4. 总结 tvC7LLNP<  
<AzM~]"3  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 |c]Y1WwDx  
t-vH\m  
第1步 &f\ng{  
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。 mxpncM=q  
xV h-Mx+M  
第2步 Tn# >"Ag  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 -9 AI@^q  
y?|JBf  
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"\g9{%*  
z]NN ^pIa  
应用示例详细内容 CPI7&jqu  
Y^?J3[@  
系统参数 \mt0mv;c
 
7@.UkBOx  
1. 该应用实例的内容 .&53WL[D|  
h4xRRyK  
#eqy!QdePf  
2. 设计&仿真任务 ((U-JeFW   
X3KPN  
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。 ?hu$  
YdgaZJs  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 t._W643~  
[hf#$Dl|  
2<aBUGA  
4. 参数：SLM像素阵列 |WiK*  
crJyk#_  
cD6$C31Y]  
5. 参数：SLM像素阵列 Ny;(1N|&3  
c%uX+\-$  
:VPZGzK4  
应用示例详细内容 o0>z6Ya<  
3N)
bJ  
仿真&结果 [Ng#/QXk{  
_RFTm.9&  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM pZ/aZg1Ld  
 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+z_Rj%Y;I  
 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。 F3\'WQh  
<Gy)|qpK[  
2. VirtualLab的SLM模块 npH2&6Yhi^  

oEE*H2l\  
"8U
d&o  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ;a/Gs^W  
 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。 a X>bC-  
'3f"#fF6  
3. SLM的光学功能 i
/nA(%_  
6xs_@Vk|d  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 pJ6Z/
3]  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 m<>3GF,5bP  
 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。 ZB'/DO=i  
R=IZFwr  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd y>vr Uxgo  
_5vAnt*  
 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。 ^D(N_va<  
CT@JNG$<"  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd y!SElKj  
?Sj3-*/?  
4. 对比：光栅的光学功能 d v@B-l;  
 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。 I3QK~ V*j)  
 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。 5!r?U  
 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)。 ( w(GJ/g  
 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。 LYPjdp2>"o  
 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。 qALlMj--m  
!HM|~G7  

u@\]r 1  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd nz:I\yA  
;E/:_DWPD  
5. 有间隔SLM的光学功能 ZPWY0&9  
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。 j4L )D  
HTK79 +  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ?b0VB  
Kd8V,teH  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 e%w>QN`  
D!kv+<+  
PW"G]G,  
6. 减少计算工作量 'v.i' 6  
w#wlZ1f  
采样要求： |;o#-YosP  
 至少1个点的间隔(每边)。 6LRI~*F=3  
 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。 ~d :Z|8  
> $0eRVL  
采样要求： [#>ji+%=  
 同样，至少1个点的间隔。 ^GG6%=g'  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 m5lMh14E  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 rK W<kQT  
ps1ndGp~#  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 +!IIt {u  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 %"~\Pu*>  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 U7d%*g  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 DTrS9j?z  
TQDb\d8,f  
:1"{0gm  
ZcgSVMqEX  
R9Wh/@J]  
7. 指定区域填充因子的仿真 hc}dS$=C  
6k"'3AKaR  
 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。 d?(#NP#;  
 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。 Q6Z%T.1  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 qt5CoxeJ  
 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)。 dg/OjiD[P  
qepsR/0M  
+v:t  
8. 总结 w*[i!i  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ItGi2'}  
:Xc%_&)  
第1步 8FyJo.vr(  
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。 }18}VjC!  
L@Fw;G|%'  
第2步 L6yRN>5aE  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Szrr
`.']  
扩展阅读 *(@(9]B~  
扩展阅读 [{e[3b*M|  
 开始视频 !0:uM)_k  
-    光路图介绍 9,=3D2x&  
 该应用示例相关文件： E+Z//)1Z  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Yz;Hu$/  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 U^SJWYi<Y  
=M^4T?{T  
7ET^,6  
QQ：2987619807 Qrjo@_+w!  

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报告大纲 WrH7tz  
V(Ll]g/T_;  
（第一波——神秘现金红包抽奖环节） d2s
Y.L  
KM$Lu2
  
1.浅谈中国物理光电教学行业大趋势及面临问题 yq+'O&+   
a;JB8  
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 $qG;^1$  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）