[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) Wc [@,  
\PU3{_G]  
应用示例简述 <jE6ye(R  
yep`~``_  
1. 系统细节 oV
utHt  
 光源 ?;@xAj  
— 高斯光束 5('_7l  
 组件 wU,{5w  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 k<RJSK8  
 探测器 ~6m-2-14q  
— 视觉感知的仿真 T.O^40y  
— 电磁场分布 @r4ZN6Wn  
 建模/设计 7sKN`  
— 场追迹： Kk+IUs  
 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(<#7spz  

>(5*y=\i  
2. 系统说明 Q<W9<&VZe  
@Aa$k:_  
5Nc~cD%0tK  
3. 模拟 & 设计结果 &EKP93  
RaT(^b(  
4. 总结 Gc2sY 0  
OrP-+eg  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 n^P=a'+  
BE. v+'c"  
第1步 )R$+dPu>  
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。 IPmSkK  
 ^ZnlWZ@r  
第2步 u4TU"r("A  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 @s!9T  
(+7gS_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。 wuE]ju<  
!9=hUpRN  
应用示例详细内容 3Tze`Q 9  
^|y6o
j  
系统参数 cmgI,n-o?  
2%4dA$H#4w  
1. 该应用实例的内容 gX<"-,5jc  
)&:4//}a  
T|^rFaA  
2. 设计&仿真任务 }[ LME Z  
,73kh  
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。 lJ.:5$2H  
s\ft:a@  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 -=BQVJ_dK{  
z=1 J{]  
V5sH:A7GJ  
4. 参数：SLM像素阵列 h|OqM:J
;  
YT\x'`>Q  
,jJ&x7ra8  
5. 参数：SLM像素阵列 )6U&^9=  
`tA~"J$32l  
kKr|PFz  
应用示例详细内容 qN((Xz+AZE  
3wZA,Z  
仿真&结果 n'R9SnW  
S@i*+&Ot  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM k(1]!c4J0  
 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)。 7U68|\fI!  
 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。 %^){Z,}M}  
,grdl|Dg  
2. VirtualLab的SLM模块 -JOtvJIQI  

r0kJx$f  
=" Q5Z6W  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 tDj~+lmdN  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 _kUf[&  
ozN#LIM>P  
3. SLM的光学功能 >DX\^86x  
#T<<{ RA  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ERcj$ [:T(  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 5dc24GB>_  
 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。 :m*
r(i3  
USF&;M3  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd *Y!'3|T  
tlhYk=yq  
 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。 p6~\U
5rXm  
!Ra.DSL  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 7A0D[?^xe  
v+XB$j^H  
4. 对比：光栅的光学功能 Hq9yu*!u  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 _  dFZR  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 1.\|,$  
 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)。 t\LAotTF/  
 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。 I*cB Ha  
 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。 SF$'$6x}  
pzcV[E1  
c%p7?3Ry  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd l)y$c}U  
L"|4 v  
5. 有间隔SLM的光学功能 E?%SOU<  
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。 7/*Q?ic  
vbT"}+^Sh  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd r&F(VF0 6  
G#{ Xd6L  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 f-6hcd@Ca  
E-Z6qZ^  
]|NwC<  
6. 减少计算工作量 z'cVq}vl  
VQSwRL3B=  
采样要求： =.vc={_?  
 至少1个点的间隔(每边)。 so[i"ZM)  
 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。 ]fc9m~0N,\  
m1,?rqeb  
采样要求： Pl|e?Np  
 同样，至少1个点的间隔。 ;O7CahdF  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 s^5KFK1  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ?-"xP'#  
Y=RdxCCx4  
 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。 J:s^F n  
 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。 0*?/s\>PS;  
 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)。 n_G< /8  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 02g!mJW>}y  
5Ym/'eT  
?xTMmm  
_T[=7cn  
w!$|IC  
7. 指定区域填充因子的仿真 S $wx>715  
5sbMp;ZM  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 #$!(8>YJ  
 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。 B8Ob~?  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 63
hOK  
 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)。 wc#+Yh
6  
#vk-zx*v7=  
s>}ScJZK  
8. 总结 ?m&?BsW$)  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 4F_*,
_Y  
j$Tto
o  
第1步 T KpX]H`  
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。 6=V&3|"  
Jt4&%b-T  
第2步 :Ny.OA  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 {d`e9^Z:  
扩展阅读 T&.ZeB1  
扩展阅读 5LVhq[}mP  
 开始视频 25xpq^Zw  
-    光路图介绍 )vH6N_  
 该应用示例相关文件： r>fx55dw  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 5<o8prtB  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 aAHx
^X^  
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QQ：2987619807 D ==H{c1F  

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报告大纲 aiP.\`>}  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） _hgu:  
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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 u~Zx9>f  
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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 {ETuaFDM  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）