[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) |ax3sAg  
P60~V"/P  
应用示例简述 s(5Y  
iIvc43YV%  
1. 系统细节 Z 8S\@I  
 光源 ,-$LmECg  
— 高斯光束 |WQBDB`W  
 组件 a+[RS]le  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 x/NfZ5e0X  
 探测器 u#Pa7_zBj]  
— 视觉感知的仿真 bk[
U/9Z\  
— 电磁场分布 F5LuSy+v  
 建模/设计 viW!,QQ(S  
— 场追迹： <5-[{Q/2z  
 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。 cL-[ZvyVX  
`n.5f[wC  
2. 系统说明 |EIng0a  
Sj-n;F|=X  
61Bwb]\f/|  
3. 模拟 & 设计结果 s28`OKC}  
?274uAO'  
4. 总结 XtXEB<4Z  
yd^{tQi  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 m.JBOq=  
7yG#Z)VE  
第1步 8{|8G-Mi  
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。 [8P:?nDDL  
dWM'fg  
第2步 d:_t-ZZo  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 cCSs  
>] qc-{>&  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 !lREaSM  
FGPB:  
应用示例详细内容 ynmWW^dg  
\6S7T$$ 1m  
系统参数 8|b3j^u  
}^4Xv^dW>g  
1. 该应用实例的内容 sWQfr$^A  
QgrpBG  
!!qK=V|>  
2. 设计&仿真任务 F;>V>" edl  
8&;UO{  
由于制造和技术的原因，像素之间存在非功能间隔。这种典型的间隔会产生衍射效应，从而影响SLM的光学性能，并在接下来的工作中对其进行研究。 }elc `jj  
@v$Y7mw3D  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 5uGqX"  
K}2Erm%A@y  
~Xw"}S5  
4. 参数：SLM像素阵列
hMzs*gK  
OGBHos  
D_?K"E=fw  
5. 参数：SLM像素阵列 HvUxsdT  
Q;MT"=RW  
<z+t,<3D  
应用示例详细内容 F@^~7ZmP`  
cO-7ke  
仿真&结果 68bQ;Dv  
Q0$8j-1I  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Om\o#{D  
 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)。 #:%&x@@c3P  
 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。 rjl`&POqc  
@(
l^]9(V\  
2. VirtualLab的SLM模块 y9_V  

-Btk 3  
SEORSS  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 h}-3\8 >  
 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。 9*$t!r{B@  
3NZK*!@'  
3. SLM的光学功能 cD@(/$wt  
3sc+3-TF  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 J%8(kWQ|  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ::o lN  
 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。 wWgWWXGT}  
k2E0/ @f{k  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd JgG$?n\  
$v,dz_O*\  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 O[# 27_dH  
M-\Y"]sW  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd XV!6dh!  
X"MB|Ny  
4. 对比：光栅的光学功能 dCb`xR}  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 TPVVck-T8  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 YX%[ipgB  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 g!cUF+  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 AUeu1(  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 h"lX4  
QpZ:gM_  
=5aDM\L$&  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd >O1[:%Z1  
I6~pV@h^=  
5. 有间隔SLM的光学功能 /`9sPR6e  
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。 NIh:DbE  
CPgCjtY  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd #btLa\HJ  
OtSL*'7>  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 |lXc0"H[o  
f6|KN+.  
s~X+*@.  
6. 减少计算工作量 d#6`&
MR  
FE" y\2}  
采样要求： :iFIQpk  
 至少1个点的间隔(每边)。 a-y+@#;2_  
 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。 NxSu3e~PS  
1D16  
采样要求： N03G>fZ  
 同样，至少1个点的间隔。 F1iGMf-8  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 #G|qD  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 Nb?w|Ne(T  
rxr{/8%f%  
 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。 pkP?i5,  
 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。 5?p2%KQ  
 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)。 U ?'vXa  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ]"+95*B  
?in|qevL  
.R)PJc5^  
m1n.g4Z&*  
s?zAP O8Sz  
7. 指定区域填充因子的仿真 6Z#\CixG  
lJ+0P2@h*  
 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。 *J$=.fF1  
 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。 PpV'F[|,r  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 \2nUa ;  
 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)。 1h
>yu3O  
.udv"?!z  
Q s.pGi0W  
8. 总结 "+\lws  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Z?pnj8h-&  
7~&/_3
 
第1步 ;GVV~.7/  
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。 RlheQTJ  
7~9S 9  
第2步 O_cbP59Y.  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 _8Z_`@0  
扩展阅读 I6j$X6u  
扩展阅读 ~ns7O  
 开始视频 PGYXhwOI  
-    光路图介绍 l_EM8pL,f  
 该应用示例相关文件： )>b.;  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 *4U^0e  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 0ge$ p,  
z>jUR,!GT  
WZazJ=27}  
QQ：2987619807 on0]vEE  

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报告大纲 ZunCKc  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） 1"pI^Ddt  
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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 Aub]IO~  
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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 <+^6}8-  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）