[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) _5 ^I.5Z3  
|*/[`|*G  
应用示例简述 )rW&c-'  
L"jY+{oLIJ  
1. 系统细节 z!;1i[|x  
 光源 L|-98]8>  
— 高斯光束 94skkEj  
 组件 [u}(57DS  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 m%;D  
 探测器 W14F  
— 视觉感知的仿真 ;5-r_D;9  
— 电磁场分布 )SryDRT  
 建模/设计 RlT3Iz;  
— 场追迹： b45|vX+j  
 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。 goat<\a  
jHN +5=l  
2. 系统说明 )
^||\G  
-=s(l.?Hm5  
o8e?J\?  
3. 模拟 & 设计结果 qd3Q}Lk  
Twn4
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4. 总结 .itw04Uru  
Lip4)Y [  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 (Yo>Oh4
  
2(5ebe[
 
第1步 8k q5ud  
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,#>m*Rh  
kKC9{^%)  
第2步 (=D&A<YX  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 t!Sq A(-V  
lL1k.&|5m  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 I>L-1o|^  
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应用示例详细内容 ifN64`AhRX  
AJ#Nenmj  
系统参数 {*{Ox[Nh{  
@(r/dZc  
1. 该应用实例的内容 y.KO :P?5{  
.bBdQpF-  
@gY)8xMbA  
2. 设计&仿真任务 PkI:*\R  
=zQN[  
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。 KYzv$oK  
9tF9T\jW  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 ;a:[8Yi  
Eke5Nb  
Ua!aaq&  
4. 参数：SLM像素阵列 v
pmj||\-  
!K|5bK  
jy-{~xdg[  
5. 参数：SLM像素阵列 vWAL^?HUP  
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应用示例详细内容 N-lkYL-%\j  
ZP
{*.]Qu  
仿真&结果 /?SLdW  
H;
RwO@v  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM $Xq!L  
 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)。 |i++0BU  
 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。 -Uml_/rd_  
/ m=HG^!  
2. VirtualLab的SLM模块 A~-b!Grf  

UX7t`l2R  
c/sC&i;%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。 !qG7V:6  
 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。 Y]&j,j&  
HTG%t/S  
3. SLM的光学功能 FSND>\>  

KCs[/]  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 B_.%i+ZZ  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ;+"+3  
 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。 % >=!p  
]
q4rlT.i  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd Ofs<EQ
 
wb0L.'jyR)  
 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。 {;2PL^i  
dkz=CY3p%X  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd q@{Bt{$x  
i{`:(F5*  
4. 对比：光栅的光学功能 PUUwv_  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 n@)K #  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 ?`?)QE8  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 jnn}V~L  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 \.-bZ$  
 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。 Z.Lc>
7o  
{tWf  
DA\2rLs  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd m^zUmrj[  
K|epPGRr  
5. 有间隔SLM的光学功能 `x*Pof!Io  
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。 nlc "c5;jh  
z:wutqru  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd g%=z_  
a^I\ /&aw'  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 #pnI\  
BI%$c~wS  
{N+$Q'  
6. 减少计算工作量 @u6B;)'l  
/V'A%2Cl=T  
采样要求： cPlZXf  
 至少1个点的间隔(每边)。 'DCTc&J['  
 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。 , K~}\CR  
5j?3a1l0  
采样要求： _z|65H  
 同样，至少1个点的间隔。 >G25m'&,7  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 gi1^3R[  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 gtppv6<Mj4  
<eWf<  
 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。 [_EZhq  
 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。 Fj2BnM3#  
 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)。 s
{*[]!  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ]>5/PD,wWy  
\"P%`C  
W*2BT z  
u7>],<  
ig/xv  
7. 指定区域填充因子的仿真 m
;GCc8  
zHM(!\8K  
 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。 #Lh;CSS  
 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。 !Dn,^  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 +nFu|qM}  
 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)。 _Tm3<o.  
'-Vt|O_Q  
m#| 9hMu  
8. 总结 Swig;`  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 -cAo@}v  
tEvut=k'  
第1步 V17%=bCZ5[  
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。 L>Fa^jq5  
nAsh:6${  
第2步 nFHUy9q  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ,/Z%@-rF  
扩展阅读 ,is3&9  
扩展阅读 W}@c|d $`  
 开始视频 qN9(S:_Px  
-    光路图介绍 a%JuC2  
 该应用示例相关文件： KQ% GIz x  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 I-]?"Q7Jz  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 dO! kk"qn  
s+$ Q}|?u  
6]WAUK%h  
QQ：2987619807 Q{>+ft U  

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报告大纲 hR?{3d#x2  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） "<N*"euH  
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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 ZPLm]I\]  
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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 Hk3sI-XkA  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）