[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) S*rcXG6Q^  
H{;8i7%  
应用示例简述 9a.[>4}  
wD[qE  
1. 系统细节 iainl@3Qj  
 光源 ~0n9In%  
— 高斯光束 X .S8vlb4z  
 组件 n]btazM{   
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Fw;Y)y=O  
 探测器 +z\O"zlj  
— 视觉感知的仿真 c>Ljv('bj  
— 电磁场分布 B?_ujH80m  
 建模/设计 [g*]u3s  
— 场追迹： jdVdz,Y  
 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_a%$a.rV  
?rV c}  
2. 系统说明 n1c Q#u  
fKT(.VNq5  
fI0L\^b%  
3. 模拟 & 设计结果 YJwz*@l  
6UJBE<ntj  
4. 总结 -OP5v8c f  
%u|qAF2uS  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 k)USLA  
cl-i6[F  
第1步 S[M\com'  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 Jh:-<xy)  
!PrO~  
第2步 %25_  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 #$%gs]  
P.1iuZ "w  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 HM1y$ej  
O^gq\X4}  
应用示例详细内容 }fs;yPl,  
Dy^4^ J5+  
系统参数 UoxF00H@!  
z95V 7E  
1. 该应用实例的内容 M>k7 '@G  
aa1XY&G"!  
wGQ{  
2. 设计&仿真任务 9tC8|~Q  
\9k{"4jX\  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 et]*5Y6  
\>/:@4oK  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Sb[rSczS~  
7\U1K
^q  
I.e'  
4. 参数：SLM像素阵列 ~K],hi^<P  
TJ5{Ee GV  
AQ 7e  
5. 参数：SLM像素阵列 2i(|?XJ^  
U w`LWG3T  
Azz]TO  
应用示例详细内容 25ZGuM  
n8G#TQrAE  
仿真&结果 |H_)u  
(\/HGxv  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM e#HP+b$  
 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)。 Z#o
\9/{(R  
 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。
_@prv7e  
Nyqm0C6m^  
2. VirtualLab的SLM模块 ZJ[ Uz_%W  

EShakV  
g&E_|}u4  
 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
YZds >#Q  
 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。 56_KB.Ww~  
4!}fC
P ty  
3. SLM的光学功能 b);}x1L.T  
=;/h{ t  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 }C&c=3V  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 l*m|b""].u  
 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。 NJtB;  
}t-r:R$,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd dw4)4_  
#*]= %-A  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 6HqK%(  
d<3"$%C  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd \%Smp2K  
X*yl%V  
4. 对比：光栅的光学功能 )w`Nkx  
 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。 XbOL/6V ^[  
 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。 _INUJc  
 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)。 }I`|*6Up  
 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。 HYH!;  
 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。 ha),N<'  
-)I_+N  
DJW1kR  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd E0pQRGPA  
|5/[0V-vy  
5. 有间隔SLM的光学功能 :ZIcWIV-  
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。 } 
R/  
3U`.:w`  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd ]/']{*T1  
_#F'rl6'  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 m#eD v*  
*j* WE\  
#?=cg]v_  
6. 减少计算工作量 D{l((t3=T  
<XagkD  
采样要求： "%]dC{  
 至少1个点的间隔(每边)。 X m3t xp#  
 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。 ^Bb_NcU  
!!86Sv  
采样要求： >g2B5K
Y  
 同样，至少1个点的间隔。 FTfA\/tl(;  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 7GUJ&U)J  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 !tdfTf$  
xVyUUzXs  
 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。 %E\%nTV  
 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。 &B4U
)  
 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)。 z Y|g#V-  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 z)~!G~J]  
3$cF)5Vf  
\PONaRK|[z  
u3:Qt2^S  
k#(cZ  
7. 指定区域填充因子的仿真 `[\phv  
#0D.37R+k  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 }(K6 YL  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 N96BWgT  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 j#f&!&G5<&  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 ,Tl5@RN  
GvOAs-$  
VW
v0\:,G  
8. 总结 (<Xdj^v  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Ag6 (  
R6XMBYK^  
第1步 N0[I2'^.  
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。 ^BX@0"&-  
0AKwZ' &H  
第2步 o z{j2%  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 BfT,  
扩展阅读 A*~1Uz\t  
扩展阅读 WN#lfn8 7  
 开始视频 WtfOE@h  
-    光路图介绍 L"I] mQvd  
 该应用示例相关文件： `Qf :PX3  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 1>VS/H`  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 znO00qX  
y UAn~!s  
~UC/|t$  
QQ：2987619807 w
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报告大纲 PIEW\i  
(#B^Hyz!  
（第一波——神秘现金红包抽奖环节） 9;]wF8h  
.z$Sm  
1.浅谈中国物理光电教学行业大趋势及面临问题 C8qTz".5$  
mKq<'t]^k  
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 ;eW'}&|LV  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）