[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) 6KE64: \;  
x]608I T  
应用示例简述 iAeq%N1(0  
tVNFulcz$  
1. 系统细节 HcV,r,>e  
 光源 ~wcp&D
 
— 高斯光束 kX*.BZI}C  
 组件 )EcfEym.>  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 _s:5)
 
 探测器 ];eJ'#  
— 视觉感知的仿真 
}h|HT  
— 电磁场分布 8M]QDgd.  
 建模/设计 !,sQB_09C  
— 场追迹： @Y ?p-&  
 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。 kLXa1^Lq  
&#9HV  
2. 系统说明 DD6K[\  
/N")uuv  
\_)mWK,h  
3. 模拟 & 设计结果 q AsTiT6r  

n<eK\w  
4. 总结 oHF,k  
?
xwZ< A  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Gsy90  
jS
|jPk|I.  
第1步 &x@N5
j5Q  
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。 <
!*O[0s  
R-2Abyts2  
第2步 KB{/L5  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 `:dGPBBO  
b
km:#K  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 (m')dSZ  
nFefDdP  
应用示例详细内容 mAe)Hy %  
:Z6l)R+V  
系统参数 ~!e(e2  
=7S\
-{  
1. 该应用实例的内容 yoT
x3U@  
GwG(?_I"  
y#n
yH0U  
2. 设计&仿真任务 T+:GYab/  
jk])S~xl?  
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。 !1<>][F  
+('=RyoT  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 DRRy5+,I  
l 1BAW$  
Zj)A%WTD,  
4. 参数：SLM像素阵列 oCKn  
jtwe9  
;v~xL!uQ  
5. 参数：SLM像素阵列 3B4C@ {  
'=UsN_@  
b^<7@tY  
应用示例详细内容 Nu><r  
d81[hT}q  
仿真&结果 LOk J  
c}2"X,  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM :ZX
aJ!  
 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)。 p0pA|  
 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。 FCChB7c`  
-)e(Qt#ewl  
2. VirtualLab的SLM模块 )!sjXiC!h  

~tB9kLFG  
NDG?Xs [2  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 "g1Fg.o  
 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。 sv#/78~|  
Z}>+!Z  
3. SLM的光学功能 WAVEwA`r  
G+NTn\  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 0fa8.g#I$  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 _2xYDi  
 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。 aY%{?8PsB  
"I3&a1*  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ^!K 8nW{*  
l
^v,X%{Iz  
 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。 ^C{?LH/2  
A$]#f  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd q94*2@KV  
-n6T^vf  
4. 对比：光栅的光学功能 I!~3xZ  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 B_0]$D0 ^  
 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。 '>% c@C[  
 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)。 :;o?d&C  
 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。 -raZ6?Zjc  
 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。 $#
b  
2/l4,x  
X+//$J  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd <}AmzeHr+  
wM#q [m;  
5. 有间隔SLM的光学功能 vpu
 
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。 L$}'6y/@  
C,5Erb/  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd OLDEB.@  
C] |m|`  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 l4q7,%G  
Oz.Zxw  
'h{DjNSM  
6. 减少计算工作量 }-paGM@'Nd  
x_x|D|@wM  
采样要求： 3$kElq[  
 至少1个点的间隔(每边)。 "C9.pdP\8  
 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。 f
{#Mc  
6 ZVD<C:\  
采样要求： Xd9<`gu  
 同样，至少1个点的间隔。 Jv:|J DZ'  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 r A9Rz^;xa  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 qAuq2pHA+d  
 SwmX_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。 aB4L$M8x  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 c]:@y"W5$  
 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)。 x`p3I*_HT5  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 r7N%onx  
>Y&o2zJy  
edh<L/%D  
u2Qs}FX  
)hK1W\5  
7. 指定区域填充因子的仿真 ~sc@49p  
OTwXc*2u]  
 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。 ij1g2^],4  
 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。 Z!qF0UDj  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 IN94[yW{1  
 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)。 & A@!g  
%b`B.A  
7)au#K6  
8. 总结 .t9zF-
jk  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 =DXvt5G  
[0hZg  
第1步 ]c
h=D  
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。 &SK=ZOKg^  
j~rarR@NB)  
第2步 x$tzq+N  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 <2RxyoDL6  
扩展阅读 U*em)/9  
扩展阅读 rzgzX  
 开始视频 _fANl}Mf:  
-    光路图介绍 p=J9N-EM  
 该应用示例相关文件： )ur&Mnmm  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 sOW,hpNW  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 6u v'{  
&,@wLy^T  
)Z2t=&Nw  
QQ：2987619807 WP0{%  

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报告大纲 rXz,<^Hmj  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） 8Q1){M9'  
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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 "zO+!h'o  
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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 u[oYVpe)IG  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）