[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) cbs
y&U  
?,%vndI  
应用示例简述 jU)r~QhN  
~IZ'zuc  
1. 系统细节 Me yQ`%  
 光源 H!4!1J.=xw  
— 高斯光束 OZ&J'Y  
 组件 @JT9utct  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 3qiE#+dC  
 探测器 `Q1S8i$  
— 视觉感知的仿真 vvv~n
]S6  
— 电磁场分布 />Tyiy]2uu  
 建模/设计 -2o4v#d  
— 场追迹： zAC   
 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。 j*x8K,fN  
v#a`*^ ^  
2. 系统说明 C&bw1`XJf  
h/5n+*x(  
,E3"AisI  
3. 模拟 & 设计结果 "BK'<j^q  
dI5Z*"`R9  
4. 总结 mG7Wu{~=U  
?Bq"9*q  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 l2+qP{_4  
C#emmg!a\  
第1步 O}MY:6Pe  
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。 yrnB]$hf  
^-w:
D  
第2步 7e/Uc!&*  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 vpFN{UfD  
NOP~?p  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 P.gk'\<k  
\OHsCG
27  
应用示例详细内容 PYkcGtVa_  
] ^tor
 
系统参数 +)^F9LPl  
>1`FRw<  
1. 该应用实例的内容 ^*`{W4e]  
8js5/G+  
!X(Lvt/  
2. 设计&仿真任务 pL]C]HGv  
;tf1#6{  
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。 3q R@$pm  
5znLpBX<N  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 }IC$Du#  
4-eb&
 
ilw<Q-o4(  
4. 参数：SLM像素阵列 @X>k@M  
i5?)E7-  
X1]&j2WR  
5. 参数：SLM像素阵列 $)mq  
5z~Ji77!  
/u<lh. hPW  
应用示例详细内容 VQZ3&]o  
N6c']!aM@  
仿真&结果
W8,XSUl  
g.kpUs  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 5@tpJ8E8$  
 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)。 f~jx2?W  
 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。 ')5W  
ge`)sB,  
2. VirtualLab的SLM模块 q]0a8[]3  

x +!<_p  
brb8C%j}9  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 D7X-|`kH  
 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。 U`,&Q]  
KunK.m  
3. SLM的光学功能 *;7&  
]cc4+}L~  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 uTpKT7t  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 xB68RQe)  
 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。 ZFOYYht  
d0>V^cB'?  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ~q?IG5s*Z  
RecA?-0  
 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。 QBR
9BR  
qRJg/~_h{  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd pco~Z{n  
=jkC]0qx  
4. 对比：光栅的光学功能 FZ #ngrT  
 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。 t^Aios~F  
 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。 /1h`O@VA  
 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)。 7ZET@  
 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。 0'TqW9P  
 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。 6.6~w\fR8  
0(Vbji  
i`gsT[JQRX  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd h76#HUBr!  
wHBkaPO!  
5. 有间隔SLM的光学功能 oZ& ns!#  
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。 .hg<\-:_  
"}\2zub9  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd @I]uK[qd  
;QR|v  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 -vGyEd7  
;J2U5Y NO  
doFp53NhV  
6. 减少计算工作量 Qf414 oW  
@?aNvWeavH  
采样要求： KA`1IW
;  
 至少1个点的间隔(每边)。 #v:<\-MjN  
 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。 HoT5 5v!o  
U#-&%|b$  
采样要求： 4.,e3  
 同样，至少1个点的间隔。 >RHK6c  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 *na7/ysT<  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 9u1_L`+b  
|^S[Gr w  
 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。 Q~,E K  
 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。 6O"Vy  
 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)。 3HO4h\mp  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ~`#.ZMO  
a,d\<mx  
.#zx[Io  
'an{<82i  
7Hf6$2Wh  
7. 指定区域填充因子的仿真 |E53 [:p  
K *{C:Y  
 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。 #Jy+:|jJ  
 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。 D?}LKs[  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 <!y_L5S|  
 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)。 /Or76kE  
J%aW^+O  
3cT  
8. 总结 Yl&eeM  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Z
B`!@/3X  
kC01s  
第1步 5`^"<wNI  
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。 l2gI2Cioa  
oMLpl3pl  
第2步 &'WgBjP  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 n-Dr/c4  
扩展阅读 YxS*im[%]  
扩展阅读 O_-.@uo./(  
 开始视频 O~">-'f  
-    光路图介绍 /p<mD-:.M  
 该应用示例相关文件： i2N*3X~  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 MG8-1M  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 eP&K]#  
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Y91TF'  
QQ：2987619807 aZ5qq+1x  

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报告大纲 lD/+LyTa  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） <9@VY  
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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 Sn0?_vH4  
yMo@ka=v  
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 fF-V=Zf5  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）