[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) KGJB.<Be  
wD<G+Y}  
应用示例简述 }}]Y mf  
48DsRy  
1. 系统细节
we@bq,\
w  
 光源 4qMHVPJv\  
— 高斯光束 Oe#k|  
 组件 Vs"Z9p$U  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 qM`SN4C  
 探测器 C }[u[)  
— 视觉感知的仿真 ZDb`]c4(  
— 电磁场分布 (lm/S_U$  
 建模/设计 zbnQ
CLs  
— 场追迹： K{iY
p4pU  
 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。 qq/Cn4fN8  
 :DD4BY  
2. 系统说明 Nr)(&c8  
}[Y):Yy  
MhsG9q_%  
3. 模拟 & 设计结果 ep^0Cd/  
rfZA21y{?  
4. 总结 (u_sz  
3o?Lz7L  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 FlZ]R  
eyM3W}[S$/  
第1步 i||YD-hkK  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 \uaJw\EZ  
"~ `-Jkm   
第2步 N+tS:$V  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 4rx|6NV6  
=f["M=)ZJ  
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  
1@ina`!1O  
应用示例详细内容 zknD(%a  
^Nu} HcC+  
系统参数 V~wmGp.e  
h;lnc|Hw  
1. 该应用实例的内容 `Ctj]t  
M{H&5 9v  
8%"e-chd  
2. 设计&仿真任务 w7C=R8^  
k8ck#%#}Wu  
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。 X*~YCF[_  
<(^pHv7Q  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 -
"<f(  
5YCbFk^  
;CW$/^QNr5  
4. 参数：SLM像素阵列 ~!;3W!@(E  
D%A-& =  
H~@h #6  
5. 参数：SLM像素阵列 }u&JX  
=VU2#O  
5J;c;PF  
应用示例详细内容 N7_Co;#(zK  
B/71$i
 
仿真&结果 6i
4j(P  
:o:??tqw  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM @^e@.)  
 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)。 $CmTsnR1#y  
 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。 GyCpGP|AZ  
_e'mG'P(  
2. VirtualLab的SLM模块 K+\hv~+@  

(}:xs,Ax  
%9lxE[/  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 #59zv=  
 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。 HL?pnT09  
.EcMn  
3. SLM的光学功能 PjHm#a3zg%  
6yb<4@LOb  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 UOwNcY  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 sF$m?/Kt  
 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。 *E]\l+]J  
cMv3` $  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd KkY22_{ac  
pr"flRQr#  
 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。 1<83MO;  
a|NU)mgEI  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd CmTJa5:  
dUZ&Ty^{  
4. 对比：光栅的光学功能 |#wz)=mD  
 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。 Ba6xkEd  
 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。 Pz 'Hqvd  
 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)。 J[
l K  
 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。 zvD5i,I  
 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。 m%&B4E#3T  
+[ zo2lBx  
=m:W  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd YO,ldsSz|r  
Oq5k4  
5. 有间隔SLM的光学功能 5glGlD6R  
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。 F?B=:8,}  
br
Wt  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd YLGLr@:q  
TTpF m~?(  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 .Dm{mV@*T  
]_?y[@ZP  
BXY'%8q _a  
6. 减少计算工作量
_SqrQ  
;Y\,2b, xh  
采样要求： i"xDQ$0G6  
 至少1个点的间隔(每边)。 OT i3T1&  
 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。 "puz-W'n  
Xdt+\}\  
采样要求： }3 }=tN5  
 同样，至少1个点的间隔。 c29Z1Zs2)  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 @{uc  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 $ *A3p  
qS al~  
 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。 lQ"i]};<D  
 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。 v=VmiB
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)。 ?W_U{=anl  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 A]$+ `uS\  
?M^t4nj  
#9OP.4  
gN~y6c:N  
dL(|Y{4  
7. 指定区域填充因子的仿真 ,6"n5Ks}  
tpONSRY  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 LnS>3$t*  
 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。 hm>*eJNp]  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Ck?:8YlF  
 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)。 i:ZA{hA`c  
@U@yIv  
kB#vh  
8. 总结 mC92J@m/L!  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 Q
aR.8/xV  
J_|x^  
第1步 2]=I'U<E!  
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。 C&kl*nO  
(14kR  
第2步 "b4iOp&:=  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 4tJ4X' U  
扩展阅读 T0%TeFY  
扩展阅读 lVtn$frp  
 开始视频 /g'-*:a  
-    光路图介绍 (y*X8  
 该应用示例相关文件： p]Zabky
 
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 [oLQd-+  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 mX@*2I  
j9'XZq}  
\/'n[3x  
QQ：2987619807 a] =\h'S  

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报告大纲 maUHjI 5A-  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） 4Re@QOZ  
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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 *tfDXQ^mN  
hf+/kc!>i  
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 l&??2VO/t  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）