[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) CQ%yki  
t+SLU6j,  
应用示例简述 V-9z{  
#*K!@X  
1. 系统细节 /K#J63 ,  
 光源 2$QuR~  
— 高斯光束 0 :1ldU 4  
 组件 6I\mhw!pQ  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 evGUSol?:n  
 探测器 z0&I>P
G^  
— 视觉感知的仿真 D D Crvl  
— 电磁场分布 7wc{.~+  
 建模/设计 o!t1EPJE*  
— 场追迹： SjO
Iln  
 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。 S1n'r}z8  
EC|b7  
2. 系统说明 1]XIF?_Dm  
t]%!vXo  
Aonq;} V e  
3. 模拟 & 设计结果 -?<L"u  
$JXQn  
4. 总结 6hm6h7$F1  
C(*)7| m  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ?|9$o/Q}  
*`V-zD  
第1步 &gR)bNIC_=  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 !bCLi>8  
Jid:$T>  
第2步 Q
,`Y  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 I2=Kq{  
{*CLWs4  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 9qQFIw~S  
s2ys>2k  
应用示例详细内容 H{T)?J~  
HCifO  
系统参数 xX.Ox  
!kfnqe?|  
1. 该应用实例的内容 DDhc^(  
{#y HL  
]H[FZY  
2. 设计&仿真任务 )FqE8oN-  
AH],>i3  
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。 T;< >""T  
6l$o^R^D  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 K`2a{`  
g%<7Px[W  
.ODtduURe  
4. 参数：SLM像素阵列 F'#e]/V1  
Ja#idF[V  
q9pcEm4?  
5. 参数：SLM像素阵列 &[KFCn  
Q\:'gx8`  
m%E7V{t  
应用示例详细内容 i9)y|  
4p~:(U[q  
仿真&结果 %GS)9{T&  
MU&5&)m  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM I>-jKSkwc  
 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)。 Ec6{?\  
 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。 1|cmmUM-'v  
TniZ!ud  
2. VirtualLab的SLM模块 T "G!H  

*qBMt[a  
knBT(x'+  
 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}c(#ZLs  
 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。 T+4Musu{V  
%9NGVC  
3. SLM的光学功能 6]g
s{zG  
{YbqB6zaM  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ,?#-1uIGL>  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 m9xu$z|e  
 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。 9au)K!hN  
Qw5M\   
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd bt&vik _  
6U+#ADo  
 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。 sq)Nn&5A  
0 q3<RX>M%  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd {@, L  
iy: ;g  
4. 对比：光栅的光学功能 rjR  
 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。 LbYI{|_Js  
 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。 >LU*F|F]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)。 _Wb-&6{  
 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。 " ^eq5?L  
 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。 w6"LHy[  
QX]tD4OH  
3P\I;xM  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd &1':s|c  
^3yjE/Wi"  
5. 有间隔SLM的光学功能 X7 ZaQ .  
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。 r2H'r ,N  
MK[spV  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd \qTn"1bQ  
X"1<G3m4  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 Iw<c 9w8  
gaCGU<L  
<?J7Z|  
6. 减少计算工作量 Ph%s.YAZ~  
0'~b<>G%  
采样要求： R$3JbR.  
 至少1个点的间隔(每边)。 *HXq`B  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 a"1$z`ln  
oF6MV&q/  
采样要求： 4 ?c1c  
 同样，至少1个点的间隔。 q9!#S  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 N7jRdT2k%  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 s,29_z7  
QJE-$ :  
 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。 <V8i>LBlz  
 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。 GB+d0 S4  
 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)。 y-X'eCUz  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 i-=ff  
O``MUb b  
N*MR6~z4  
jbGH3 L  
i;xMf5Jz  
7. 指定区域填充因子的仿真 V$_0VN'+Z  
1c4%
g-]7  
 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。 j`GbI0,bT  
 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。
Gehl/i-  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 ["IJh  
 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)。 xq)/QR  
PmY:sJ{M  
hpyre B  
8. 总结 WuQYEbap  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 lG+ltCc$9  
BT1'@qF  
第1步 ? 7EVmF  
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。 S- \lN|  
,+BgY4OY  
第2步 Om"3Q/&  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 -:>#w`H  
扩展阅读 2"'8x?.V  
扩展阅读 #]N9/Hij#g  
 开始视频 KEN-G  
-    光路图介绍 csM|VNE>  
 该应用示例相关文件： o5@ jMU;  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 "3MUrIsB>  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 7jbmw<d)9  
-YyH"f  
bx^EaXj(r  
QQ：2987619807 Kzu9Qm-+z^  

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报告大纲 uEGPgYY(  
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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 nCMa$+  
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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 ![]I%'s  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）