[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) sR;u#".  
:5[1Iepdn  
应用示例简述 ?egZkg=U  
@p<tJR"M  
1. 系统细节 7g|EqJ7  
 光源 ^v5<*uf%m  
— 高斯光束 I
Xv9mr?H}  
 组件 N?2C*|%f  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 `8/D
$  
 探测器 txik{' :  
— 视觉感知的仿真 =K<`nF0w  
— 电磁场分布 7yQw$zG,Iz  
 建模/设计 Y/ I32@  
— 场追迹： Zo<j"FG  
 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。 &embAqW:  
a4&Aw7"X  
2. 系统说明 6aKfcvf &  
^Lv)){t  
*RM
3_  
3. 模拟 & 设计结果 UDW_?SHAx  
\}71pzw(  
4. 总结 B \LmE+a>  
l[<U UEjZJ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Rga *68s|&  
\V#
fl  
第1步 d:pGdr& .  
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。 <Hr~|oG  
;;|.qgxc~  
第2步 Kay\;fXT  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。
>hY.F/[  
e2yCWolmTS  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 F:og:[  
`|2g&Vn  
应用示例详细内容 c2gi3  
x~Dj2F]  
系统参数 Ab6R?mUM  
jyB Ys& v  
1. 该应用实例的内容 s
YbmL`{  
Mc&Fj1h5  
x\oSD1t,  
2. 设计&仿真任务 zpjE_|  
?a-5^{{  
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。 03c8VKp'p  
7,zE?KG /  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 t.#ara{  
Sc]G7_  
wXtp(YwlH  
4. 参数：SLM像素阵列 adPd}rt;  
'Y.6sB  
'&nQ~=3  
5. 参数：SLM像素阵列 {[
3xi`0-  
RO@=&3s  
_+X-D9j(l  
应用示例详细内容 gD2P)7:  
[+_>g4M~%  
仿真&结果 "n_X4e+18P  
u 7:Iv  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM  md,KRE  
 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)。 wr5v-_7r,  
 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。 W>5[_d  
T.jCF~%7F  
2. VirtualLab的SLM模块 }[R-)M  

je5[.VTM  
Mi;Pv*  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 PW82 Vp.  
 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。 ,Ha<lU2K  
U(LLIyZv  
3. SLM的光学功能 =t`cHs29  
\VA*3U^@  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 G:3szz  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 skBD2V4  
 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。 {xH?b0>  
AVm+ 1  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd >ZW|wpO  
5 5m\,UG7  
 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。 JHXkQz[Jb  
qXhdU/ =  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd YRo,
wsj  
xK_oV+  
4. 对比：光栅的光学功能 !JyY&D~`  
 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。 lj Ud
sUw  
 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。 Le:(;:eL>t  
 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)。 h[&"KA  
 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。 TDUY&1[  
 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。 +VNk#Z i  
*AYq:n6  
O=;jDWE  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd tU5uL.( O  
6i2%EC9  
5. 有间隔SLM的光学功能 U2l3E*O  
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。 *yaS^k\  
1`YU9?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd JXM]tV  
yIrJaS-  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 xDGS`o_w_  
+[<YE  
GB35ouE  
6. 减少计算工作量 4l+!Z,b  
.] sJl  
采样要求： Z&Ciy n  
 至少1个点的间隔(每边)。 .w;kB}$YC  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 >mai v;  
d&[RfZ`  
采样要求：
<^'{=A>  
 同样，至少1个点的间隔。 m1U:&{:^  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 fT|A^  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 W*t] d  
>WIc"y.  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 Vv45w#w;  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 mL=d EQ  
 如果只考虑标记的范围，仅计算SLM的320×320个像素即可(SLM模块自动删除了透射函数边界)。 %VH,(}i  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 2lCFE)  
~/]]H;;^u  
+a3E=GJ  
j/z=<jA  
&CQO+Yr$l  
7. 指定区域填充因子的仿真 V`1,s~"q  
;~EQS.Qp  
 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。 NS~;{d\  
 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。 I5_HaC>  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 nUOi~cs  
 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)。 F5Z,Jmi^M  
@M]_],  
!g9k9 l  
8. 总结 [/CGV8+  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 I I+y  
W&IG,7tr  
第1步 y %Q.(  
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。  ch8a  
A^>@6d $2  
第2步 MLu!8dgI  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 } #rTUX  
扩展阅读 lL:a}#qxU  
扩展阅读 -2M~KlYl  
 开始视频 =~GP;=6  
-    光路图介绍
cm(*F0<  
 该应用示例相关文件： @kW
L "yy,  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 /ce;-3+  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 Lwr's'ao.  
x9"Cm;H%  
_x!idf  
QQ：2987619807 6^wI^`NI  

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报告大纲 /}L2LMIm  
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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 ^V96lKt/  
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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 dpNER
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（第二波——神秘现金红包抽奖环节）