[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) N|"kuRN#  
p9\*n5{  
应用示例简述 -jrA
k  
EvY^]M_U  
1. 系统细节 !v%>W< 3Q  
 光源 a
^juZ  
— 高斯光束 VhMVoW  
 组件 &dni6E4  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 -h ^MX  
 探测器 C+`V?rp=s  
— 视觉感知的仿真 [wQJVYv  
— 电磁场分布 CZ$B2i6  
 建模/设计 :mLXB75gH  
— 场追迹： Mty[)+se  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 }[@Q**j(  
DaGny0|BB  
2. 系统说明 )~nieQEZQ  
f
F#Fc&B  
@;hdZLG]`&  
3. 模拟 & 设计结果 i<tJG{A=  
^Ojg}'.Ygv  
4. 总结 uD{ xs  
4 540Lw'A  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 6 A#xFPYY{  
,BGUIu6  
第1步 ){eQ.yW  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 BOy&3.h5?  
2cGiE{  
第2步 9OY ao  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 x7i<dg&  
{%y|
A{}c  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 uT<<G
)v)  
0sme0"Sl  
应用示例详细内容 ,PJC FQMR  
YvP62c \  
系统参数 ^f"|<r  
gsa@ci  
1. 该应用实例的内容 OpIeo+^X*  
jk\V2x@DR  
O?A%  
2. 设计&仿真任务 E GZiWBr  
i`vy<Dvpz  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 "f~OC<GdYs  
>@4AxV\  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 cF
9oo%3  
lHTr7uF
(  
A9"!=/~  
4. 参数：SLM像素阵列 `cN8AcRHP  
tuuwoiQ*`  
1Qz@  
5. 参数：SLM像素阵列 5e0d;Rd  
%4YSuZg  
hy$VG%b;#  
应用示例详细内容 MOp "kA  
u3wd~.  
仿真&结果 #,XZ@u+  
J}#2Wy^{  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM zzW$F)X  
 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)。 8ZCA vEy  
 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`Y&x:p  
2. VirtualLab的SLM模块 WQD:~*C:  

EdSUBoWF}  
j*4:4B%  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 G8/q&6f_  
 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。 ssoE,6kS  
W@'*G*f  
3. SLM的光学功能 -:J<JX)o  
3=} P l,  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 dZb;`DjTH  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 UTN[!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。 b7T;6\[m  
gOah5*Lj  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd e-\/1N84  
zfg+gd)Z
 
 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。 c813NHW  
}#g+~9UK  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Qc PU{#6  
Y3(I;~$!  
4. 对比：光栅的光学功能 D.x8=|;  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 }Ya! [tX  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 Y"yrc0'&T  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 u&UmI-}  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 ZW0\_1  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 >+Iph2]  
'RzO`-dr  
u%I%4 gM  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ^W@%(,xb  
ZU+_nWnl  
5. 有间隔SLM的光学功能 g#7Q-n3^  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 aIrM-c8.O  
FH$q,BI!R  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd u4m8^fj+T  
>kmgYWG  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 uGqeT#dP  
!"Q%I#8uh  
)& Oxp&x  
6. 减少计算工作量 |JHNFs  
NJ-Ji> w  
采样要求： $N;J)  
 至少1个点的间隔(每边)。 4m"0R\  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 [
m6+I9  
e#mqerpJ  
采样要求： S?C.:  
 同样，至少1个点的间隔。 ~
/z%yg  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 3]9Rmx  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 H{S+^'5Y.  
%N`_g' r!  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 k.o8!aCm  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 mU?~s7  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 S_OtY]gF  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 @F$}/  
?_A[E]/H  
/93z3o7D>  
g;6/P2w  
tY!l}:E[  
7. 指定区域填充因子的仿真 'd&d"E[  
ZX1/6|_  
 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。 jWi~Q o+  
 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。 d ePk}Sn  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 DLqH*U  
 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)。 7wPI)]$  
dJJq]^|  
G e]NA]<  
8. 总结 H>;,r,  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 b7~Jl+
m  
>wt.)c?5  
第1步 L%Rw]=v}v  
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。 ?~t5>PEonv  
^"54Q^SH  
第2步 8AY;WL:;  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Kl%[fjI)  
扩展阅读 V\{@c%xW  
扩展阅读 ?< teHFj  
 开始视频 YGLq
~A  
-    光路图介绍 !t"/w6X1I  
 该应用示例相关文件： a=A12<  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 0a8\{(w  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 .KC V|x;QW  
Qj_)^3`e  
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QQ：2987619807 V:J|shRo  

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报告大纲 ri59LYy=  
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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 yy8BkG(  
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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 H.{Fw j4  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）