[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) t1`.M$  
{k}$L|w  
应用示例简述 w%1-_;.aU6  

O\J{4EB@.  
1. 系统细节 S:lie*Aux*  
 光源 &M>o  
— 高斯光束 6nA/LW\x  
 组件 3d`u!i?/  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ^]5^p9Jt"e  
 探测器 %ZsdCQc{`  
— 视觉感知的仿真 mWUkkR(/  
— 电磁场分布 ;e)`Cv  
 建模/设计 b|-}?@&7&q  
— 场追迹： KwHlpW*  
 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。 
v#|y
r<  
:u]QEZ@@  
2. 系统说明 4iDqd  
eC3 ~|G_O  
&#zx/$
  
3. 模拟 & 设计结果 O70#lvsM;  
!$NQF/Ol  
4. 总结 mCe"=[  
WES$B7y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 hnimd~E52k  
4L bll%[9  
第1步 !^'6&NR#K  
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。 Ot+Z}Z-  
'':MhRb  
第2步 ZaYUf  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。
GdYQq.  
MTip4L W9  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 @#=yC.s  
Kzx` E>,z'  
应用示例详细内容 Wl7S<>hg4  
U7''; w  
系统参数 G0A\"2U  
Wn{MY=5Y  
1. 该应用实例的内容 8<x& Xd  
q/
^?rd  
Ic
zMf%  
2. 设计&仿真任务 F/PH=Dk  
9;Q|" T  
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。 Eunmc  
;X;(7  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 OZ33w-X<  
Y2IMHNtH  
T`bUBrK6g`  
4. 参数：SLM像素阵列 vb| d  
f/QwXO-U  
aL*}@|JL"  
5. 参数：SLM像素阵列 R^mkQb>m.  
S,EL=3},=  
3Vbt(K  
应用示例详细内容 18Vn[}]"  
W^7yh&@lU  
仿真&结果 .D*~U
I  
][KlEE>W2  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM @?jtB  
 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)。 M0g=gmau  
 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?yj<^"  
q6ZewuV.  
2. VirtualLab的SLM模块 +v~x_E5FP  

qyAn
q%B}  
JVGTmS[3  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 sjOv!|]A  
 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。 peHjKK  
lMH~J8U3  
3. SLM的光学功能 7n?yf_je  
KnKf8c  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 9Z }<H/q  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 :T|9
;2  
 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。 6{{<+ o  
ExQ\qp3  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd oHr0;4Lg6  
t\h4-dJn  
 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。 !^8X71W|  
2;j<{'  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Z\]{{;%4b7  
ak-agH  
4. 对比：光栅的光学功能 p_ f<@WE  
 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。 xXc>YTK'  
 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。 ,"KfZf;?  
 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)。 zVa&4 T-  
 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。 ~o/k?l  
 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。 ZJenwo  
YQ.ci4.f  
q7<d|s
 
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd F

,A+O+  
e&2,cQRFV  
5. 有间隔SLM的光学功能 &AOGg\  
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。 =36fS/Gb  
1r};cY6  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd -8Hc M\b  
a5R. \a<q  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 x=IZ0@p  
tjwnFqI  
?wv^X`Q*~  
6. 减少计算工作量 Yku6\/^  
\|9B:y'y  
采样要求： Z'>UR.g  
 至少1个点的间隔(每边)。 2m]4  
 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。 KS<@;Tt  
/Jc{aw  
采样要求： &A*E)T#>#  
 同样，至少1个点的间隔。 m[^)Q9o}  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 !mTq6H12 !  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 BC/5bA  
bhGRD{=  
 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。 RRPPojKZ  
 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。 deArH5&!  
 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)。 ]hS<"=oj  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。  Igmg&  
!yPy@eP~  
AWi>(wk<  
d,N6~?B  
\Cu=Le^  
7. 指定区域填充因子的仿真 ~?Vod|>  
u6F>o+Td)  
 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。 l"A/6r!Dp  
 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。 Wh..QVv  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 `,xO~_ e>  
 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)。 -3mIdZ  
Z^2SG
_pD  
t6\H  
8. 总结 ;l_b.z0^6  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 wW p7N  
v0dzM/?*  
第1步 ;M0`8MD  
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。 zl6]N3+4  
(J%4}Dm  
第2步 |f @A-d X  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 D.:`]W|  
扩展阅读 x}pH'S7  
扩展阅读 -%Vh-;Ie(  
 开始视频 'g,_lF  
-    光路图介绍 n]Yz<#  
 该应用示例相关文件：
3))CD,|  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 lY"l6.c  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 B G\)B  

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HBR/" m  
QQ：2987619807
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报告大纲 g]HxPq+O  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） :KvZP:T  
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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 aC1 xt(  
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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 faLfdUimJ  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）

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