[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) $rhgzpZ!X_  
A#W?2k9  
应用示例简述 g >'p>}t  
-PnyZ2'Z  
1. 系统细节 7-~Q5Kr.  
 光源 dDD<E?TjD  
— 高斯光束 U^.4Hy&D  
 组件 'r@:Cz3e*I  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 qA:#iJ8w  
 探测器 Ic{F*nnM  
— 视觉感知的仿真 +e-,ST&w(  
— 电磁场分布 yCXrVN:`,  
 建模/设计 {66fG53x  
— 场追迹： oM)h#8bq  
 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。 %"X-&1vV  
a2f^x@0k  
2. 系统说明 Lqp8yVO  
M^7MU}5w  
y')RT R{>M  
3. 模拟 & 设计结果 y?)}8T^  
$v`afd y  
4. 总结 teW6;O_  
z**hD2R!  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 S/`%Q2za4  
+'G0{;b  
第1步 Ox#Q2W@Uy  
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。 x-'~Bu  
|T4kqW{  
第2步 $LHa?3  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 v`c$!L5  
&(a(W22O  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 QI!F6pGF  
PU {uE[  
应用示例详细内容 aP&D9
%5  
'>k{tPi.  
系统参数 6QNs\Ucb+  
K?4FT$9G  
1. 该应用实例的内容 T%F0B`  
>m'x8xB=  
G2#d$  
2. 设计&仿真任务 u=&Bmn_  
O%f8I'u$
 
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。 s-W[.r|  
D\~e&0*  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 _Hd{sd#xX1  
b}G24{  
Zw] ?.  
4. 参数：SLM像素阵列 %vO<9fE|1  
FZH\Q~IUV  
)2Hff.  
5. 参数：SLM像素阵列 `*\{.;,]#  
up%Z$"Y  
%gcc y|  
应用示例详细内容 [WB{T3j  
2uk x (Z  
仿真&结果 1j\aH&)GH  
Sg] J7;]  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 8V$3b?]  
 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)。 ~SjZk|  
 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。 plV7+?G  
R<zG^m  
2. VirtualLab的SLM模块 h7;bclU  

o0pT6N)  
*OdX u&5  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 sl/)|~3!8  
 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:MBK  
q9dLHi<1  
3. SLM的光学功能 1Xyp/X2rI  
137Xl>nO  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 =f:(r'm?r.  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Gqyue7;0,  
 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。 ;t]|15]u  
sg'NBAo"  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd {6xPdUhw  
2 Y|D'^  
 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。 c-5jYwV  
j1$
<]f  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd IbWPlbH  
MFg'YA2/  
4. 对比：光栅的光学功能 `<j_[(5yb  
 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。 ~F#A Pt  
 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。 qSQ@p\O~  
 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)。 djT. 1(  
 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。 |,}E0G.  
 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。 +=8X8<Pu  
kd;'}x=5yP  
?An,-N-ezf  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd H2Eb\v`#  
l_v*7d  
5. 有间隔SLM的光学功能 XKq@]=\F  
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。 3:|-#F*k{  
* Zd_ HJi  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd K!b8= K`  
DMkhbo&+  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 /R%^r
z'w  
Yg6I&#f7&  
>QI~`MiI  
6. 减少计算工作量 m1e b8yX  
;,0lUcV  
采样要求： TmiWjQv`  
 至少1个点的间隔(每边)。 l(Cf7o!  
 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。 Lht[g9  
8D2yR#3  
采样要求： G&o64W;-s  
 同样，至少1个点的间隔。 lcig7%  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 M5Wl3tZL  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 <bdyAUeFw  
Wg(bD,  
 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。 &r:m&?!|VQ  
 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。 k ]bPI$  
 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)。 _>v0R'  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 $WNG07]tU  
ih!~G5Xi9i  
ycjJbL(.  
S'?fJ.  
hb!
ln7  
7. 指定区域填充因子的仿真 Yzd2G,kZ=  
ou;qO 5CT  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 }Z-I2 =]  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 &A"e,h(^  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 0IFlEe[>#  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 vpa
fru4  
u 6(GM  
;>C9@S+  
8. 总结 <~O}6HQ#  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 (H[  
M1(9A>|nF  
第1步 &gWiu9WbS  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 (+x]#
#Q  
;[caiMA-  
第2步 1C'P)f28  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 q\U4n[Zk  
扩展阅读 F(E<,l2[  
扩展阅读 A:c]1  
 开始视频 RnSm]}?  
-    光路图介绍 w^U}|h"  
 该应用示例相关文件： C1D ! V:  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 Oh-Fp-v87  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 `#=fA  
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QQ：2987619807 7g-$oO  

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报告大纲 C?{D"f`[]  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） hTDV!B-_(  
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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 BSOjyy1f  
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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 &K+  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）