[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) 04K[U9W3  
7U9*-9  
应用示例简述 I7@|{L1|FB  
?z hw0  
1. 系统细节 )x!b{5'"7  
 光源 O$qxo &  
— 高斯光束 T*D
d% f  
 组件 pZ_zyI#wx_  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 f`$F^=  
 探测器 2)~`.CD?L  
— 视觉感知的仿真 [P'"|TM[~  
— 电磁场分布 fH@P&SX  
 建模/设计 ^n|yfvR  
— 场追迹： ?*)Q[P5  
 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。 H*m3i;"4p\  
UmR\2 cs  
2. 系统说明 e3#0r  
?*zDsQ  
1fK]A*{p  
3. 模拟 & 设计结果 URd0|?t9^L  
L@5j? N?F  
4. 总结 AV>_bw.  
]<3n;*8k?  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 0P5s'2w  
`WUyffS/!  
第1步 yTxrbE  
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。 _xefFy  
CN{xh=2qY[  
第2步 (#c|San  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 S-f .NC}:i  
e=cb%  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 0h=}BCb+i  

r4isn^g  
应用示例详细内容 }@y(-7t  
/E39Z*  
系统参数 :`>$B?x+  
6MD9DqD  
1. 该应用实例的内容 %lnVzGP  
"5!T-Z+F  
$a01">q&y  
2. 设计&仿真任务 KB"N',kG  
YMU2^,3  
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。 B? aMX,1  
&RHZ7T
 
3. 参数：输入近乎平行的激光束 +n%d,Pz  
= yFOH~_  
~m'8<B5+  
4. 参数：SLM像素阵列 E!9(6G4  
2<T/N  
9Tg k=  
5. 参数：SLM像素阵列 w:pPd;nz0Y  
oF~+L3&X  
AxfQ{>)0  
应用示例详细内容 xHD$0eq  
]6 HR  
仿真&结果 SajG67  
|vw],r6  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM DDq?4  
 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)。 0j!xv(1  
 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。 Bp_8PjQ  
}BUm}.-{u,  
2. VirtualLab的SLM模块 ^;9<7h[l  

R.\]JvqO  
'T|EwrS j  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ;X N Ahg7  
 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。 Ou4 `#7FR  
M>Q3;s  
3. SLM的光学功能 y=aWSb2y'  
m^~5Xr"  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 bzr QQQ  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 s f.z(o  
 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。 ;Dbx5-t  
[1Aoj|  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd oj[~H}>  
sPMICIv|  
 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。 o`Af6C;Q  
qg/FI#r  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ify48]  
`fOp>S^Q4  
4. 对比：光栅的光学功能 %^d<go^  
 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。 Fi'ZId  
 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。 VJP
#  
 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)。 |2=@8_am  
 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。 psse^rFg  
 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。 DK?Z  
-G~/ GO  
ff7#LeB9  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ^s#+`Y05/  
m[%':^vSr  
5. 有间隔SLM的光学功能 g!.piG|  
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。 B9Mp3[  
=''WA:,=h  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd XdmpfUR,13  
a~J!G
:(  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 *~YdL7f)J  
6"+9$nFyW  
9Zj3"v+b  
6. 减少计算工作量 i=*H|)  
m+(g.mvK>  
采样要求： >kxRsiKV  
 至少1个点的间隔(每边)。 <;yS&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。 $)$r  
UmvnVmnv  
采样要求： gaxM#  
 同样，至少1个点的间隔。 Mtv{37k~  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 kYWnaY ^F  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 G3`9'-2q@c  
,*dLE   
 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。 hJ]Oa7r  
 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。 :
<bh
QY  
 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)。 X.S<",a{qz  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 &tvtL  
9r+'DX?>  
QuG"]
$  
1x=x,lcL  
PVH Or^  
7. 指定区域填充因子的仿真 NiWAJ]Z  
{aq)Y>o5:T  
 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。 Xp9I3n
d|  
 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。 |U;O HS  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 :hs~;vn)  
 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)。 TE$6=;  
Ihf)gfHj  
akNqSZwj  
8. 总结 {J izCUo_'  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 fz`)CWo:  
AEaN7[PQx|  
第1步 |h
w.nY]J  
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。 n[gE[kw  
EpNN!s=Q  
第2步 14,t  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 "^6Fh"]
 
扩展阅读 >W8"Ar  
扩展阅读 W>i%sHH6  
 开始视频 Z#Kf%x.  
-    光路图介绍 
H7.l)'  
 该应用示例相关文件： HUD0 @HQI  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 aVHIU3  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 tB"9%4](  
tm5)x^7  
\u{4=-C.  
QQ：2987619807 f$\O:E=  

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报告大纲 2uE<mjCt-r  
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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 bJ!\eI
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TSP%5v;Dh  
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 xeU|5-d'  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）