[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) WBIQ%XB'  
R4hav  
应用示例简述 !pE>O-| K  
}W^V^i)  
1. 系统细节 tyBg7dP  
 光源 m-Mhf;  
— 高斯光束 ^XjvJa  
 组件 C?_t8G./_  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 U"jUMOMZ;  
 探测器 bQ${8ZO  
— 视觉感知的仿真 n^g-
`  
— 电磁场分布 N^nDWK  
 建模/设计 Q*TQ*J7".X  
— 场追迹： q[T_*X3o  
 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。 $i5G7b  
XFLjVrX[  
2. 系统说明 P,s)2s'nZ  
{Tjtj@-  
|\yDgs%EGy  
3. 模拟 & 设计结果 VLl&>Pbe-  
S1 R #]  
4. 总结 _.s\qQ  
C5W-B8>  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 2=/-d$  
{Hrr:hC  
第1步 'Gm!Jblo@  
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。 exa}dh/uC  
T`0`]z!~  
第2步 d@`-!"  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 P^o
"PKA  
*o2_EqXL*  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 3 8ls 4v3  
A=l?IC@O  
应用示例详细内容 Jf8'N ot  
o9(#KC?3  
系统参数 E(L^hZMc  
fitK2d   
1. 该应用实例的内容 QvyUd%e'5A  
g*\v}6 h  
f/|a?n2\hm  
2. 设计&仿真任务 f{oxF?|89  
8?]%Qi  
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。 NEjBjLJZ  
hPX2 Bp  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 rUJSzLy  
d&3I>E$UP  
,YzC)(-  
4. 参数：SLM像素阵列 r]K
0 ]h@B  
tL 9e~>,`  
.Jnp{Tet  
5. 参数：SLM像素阵列 >goAf`sqo  
N'q/7jOy  
DrYoC7   
应用示例详细内容 kK_>*iCMo  
5juCeG+Z  
仿真&结果 vzT6G/  
A&@jA5Jb  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM u9[w~U#  
 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)。 ^9m^#"ZW`  
 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。 #v]aT ]}  
l.LFlwt  
2. VirtualLab的SLM模块 YfYL?G  

~(L<uFU V  
rea}Uq+po  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 1Y"y!\t7G  
 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。   ]q\=  
#'{PYr  
3. SLM的光学功能 -V)5Tr=  

Q(eQZx{  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ~O3uje_  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 M<me\s)  
 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。 "}Sid+)<  
,t,65@3+b  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd wBaFC\CW  
(/UMi,Ho  
 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。 >ww1
:Sn  
$1`t+0^k  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Ab|NjY:  
~+NFWNgN  
4. 对比：光栅的光学功能 ^i,0
n}>  
 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。 jMN@x]6w  
 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。 j~<iTLM  
 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)。 $/sZYsN~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。 %QcG^R  
 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。 OKH~Y-%<  
'/)_{Ly  
< $/Yw   
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd G6g=F+X2  
T;e(Q,!H  
5. 有间隔SLM的光学功能 i /U{dzZ  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 Zvw3C%In  
/bj`%Q.n  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd L,ey3i7a\  
WYd,tGz  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 ]m,p3  
LR?#H)$  
vxfh1B&  
6. 减少计算工作量 9fLP&v  
SCC/ <o  
采样要求： E;e2{@SX2K  
 至少1个点的间隔(每边)。 aNEy1-/(\  
 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。 ~2qG"1[\  
~Am %%$  
采样要求： 5m;wMW<  
 同样，至少1个点的间隔。 [t\Mu}b  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 "k@/Z7=  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 G U/k^Qy  
m!>'}z  
 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。  x a,LV  
 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。 ;SP3nU))  
 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)。 ^mb*w)-p?  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 uy%PTi+A  
~./u0E  
@Bwl)G!|  
n;Wf|>  
OnJSu
z>-  
7. 指定区域填充因子的仿真 .-*nD8b  
v~=ol8J B  
 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。 n8ya$bc  
 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。 <p8y'KAlc  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 `I<|*vW u  
 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)。 :Fk&2WsW:  
q.tL'  
=!Cvu.~},  
8. 总结 "qp_*Y  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 c>k6i?u:X7  
LKG|S<s  
第1步 FC
Au%lvZT  
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。 $e\R5Lu  
2UJ0%k  
第2步 JFkjpBS  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 bHG>SW\]`?  
扩展阅读 9_dsiM7CT  
扩展阅读 =ZL20<TeH  
 开始视频 0w&1wee(  
-    光路图介绍 6u8fF|s  
 该应用示例相关文件： D(GHkS*0q  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 +t6m>IBu  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Y'R1\Go-  
Q:=/d$*xd  
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QQ：2987619807 rrq-so1u}  

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报告大纲 )2S\:&x  
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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 mLSAi2Y  
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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 `1gsrHi4N  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）