[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) znl_~:.4]X  
X}gnO83  
应用示例简述 K'zG[[P  
Ho:X.Z9A^  
1. 系统细节 Yi+~}YP.E(  
 光源 j,/t<@S>  
— 高斯光束 |6.1uRFE2  
 组件 3qc
o2{nz  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 .wfN.Z  
 探测器 IN%04~=H  
— 视觉感知的仿真 @j Y_^8#S  
— 电磁场分布 ^BFD -p  
 建模/设计 b|HH9\  
— 场追迹： #)xg$9LQb  
 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。 on q~wEr  
)tV^)n[w  
2. 系统说明 S(f V ,;Z  
= 5E:CP  
$ (gR^L  
3. 模拟 & 设计结果 $iblLZhj  
20t</lq.  
4. 总结 xf.2Ig  
UUt631  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 q|A-h'  
d^w*!<8
 
第1步 |e@Bi#M[  
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。 Nh[{B{k  
(Q$]X5L  
第2步 .ZxH#l _  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 H?=D,  
oEWx9c{~$  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 ?Ze3t5Ll  
!I? J^0T  
应用示例详细内容 ,j('QvavJ  
jnoFNIW   
系统参数 0P_Y6w+  
r]=3aebR.  
1. 该应用实例的内容 zq5_&AeW  
Lz VvUVk  
,QpDz{8  
2. 设计&仿真任务 GZN@MK*co  
2Z-BZuK6p  
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。 lE54RX}e4  
A/U tf0{3"  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 sv^;nOAc  
uK?T<3]'  
_l?5GLl_F$  
4. 参数：SLM像素阵列 L#e|t0'#  
"*@iXJxv5  
~~ON!l9n  
5. 参数：SLM像素阵列 7#,
+Q(2  
;D/'7f7.}  
|yI?}zyR  
应用示例详细内容 |7zm!^t$  
qvOBvUR}  
仿真&结果 +{/zP{jH  
55oLj.l^j  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM %;9eh'  
 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)。 T T0O %  
 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。 na FZ<'t>&  
jkNZv. )p  
2. VirtualLab的SLM模块 $ZDh8 *ND  

i[ BR"(  
\]J"e%  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 -X4`,0y%{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。
@D"1}CW  
e_6 i896  
3. SLM的光学功能 gWS49*O  
Smk]G))o{  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 O)5-6lm  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 Yb =8\<;  
 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。 iA ZtV'VQ)  
gr=ke #   
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd j)F~C8*  
oRu S_X  
 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。 c2"eq2'BS  
]-.Q9cjc$q  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 1'_OM h*;  
qrX6FI  
4. 对比：光栅的光学功能 WaMn
[/{  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 dm$:xE":  
 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。 kd\yHI9A  
 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)。 `hlyN]L  
 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。 ur#"f'|-  
 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。 _k+Bj.L  
#8/Z)
-G  
dbZPt~S'$  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd T  |j^  
"Ln\ZYB]  
5. 有间隔SLM的光学功能 w-nkf M~  
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。 FpRK^MEkG  
~`N|sI,  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd t%dPj8~  
GV[[[fu
 
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 8'cDK[L  
ZRxB"a'  
;5=pBP.  
6. 减少计算工作量 \aW5V:?  
+vbNZqwz  
采样要求： fCV
SVn"o  
 至少1个点的间隔(每边)。 Vk_L*lcN  
 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。 d#z67Nl6
  
cL WM]\Y  
采样要求： Z=H fOC  
 同样，至少1个点的间隔。 W4YC5ZH{l  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 fg1 zT~  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 [w4
z)!  
-0\$JAyrx  
 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。 uw<Ruy  
 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。 er<~dqZ}]  
 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)。 d~_OWCg`  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 }M~AkJL  
?NwFpSB2  
54)}^ftY^  
A=3U4L  
L'6zs:i  
7. 指定区域填充因子的仿真 9%dNktt  
#e0+;kBh  
 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。 [,e_2<  
 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。 !kz\ {  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Sn+Y
i  
 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)。 kR_[p._  
~p 1y+  
M>^IQ  
8. 总结 %q!nTGU~  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 '\;tmD"N5#  
 6$Dbeb  
第1步 l-npz)EM  
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。  )Ob{]  
P6?Q;-\q0  
第2步 OL=bhZ  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ]Lh\[@#1f  
扩展阅读 &,)tD62s  
扩展阅读 D *tBbV  
 开始视频 c
*W$wr  
-    光路图介绍 1hN! 2Y:  
 该应用示例相关文件： z(=:J_N  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 >w'6ZDA*X  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 *5NffiA}-  
!`WuLhB`  
f0uiNy(r$  
QQ：2987619807 (+@.L7>m+t  

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报告大纲 =(
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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 :3B\,inJ  
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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 :m d3@r']  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）