[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) 0ra+MQBg  
P%y$e0  
应用示例简述 qLk7C0  
H5/w!y@  
1. 系统细节 x%OJ3Qjj=  
 光源 ?a{>QyL  
— 高斯光束 2^ kK2D$o  
 组件 G&@vTcF  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ^)S<Ha  
 探测器 }ZkGH}K_}  
— 视觉感知的仿真 @i>o
+>V  
— 电磁场分布 jFGY`9Zw0  
 建模/设计 0khAi|PY  
— 场追迹： szas(7kDS  
 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。 KDu~,P]  
)(W%Hmi  
2. 系统说明 'tMS5d)4:  
z2god 1"  
:8l#jU`y  
3. 模拟 & 设计结果 #(1R:z\:  
[WBU_  
4. 总结 yCZ[z A  
Gn>~CoFN  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 (k24j*1e$  
xG|n7w*  
第1步 +9]CGYj  
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。 Ep8 y  
wY_! s Qo  
第2步 laA3v3*  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ]X<L~s_*  
f\c%G=y  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 zD): yEc  
Na{&aqdz  
应用示例详细内容 #r;uM+  
*@[N~:z/  
系统参数 2X|nPhNi  
Yy4l -}"  
1. 该应用实例的内容 S@6 :H"  
u!9bhL`  
vlx\hJ<I  
2. 设计&仿真任务 eZ;DNZK av  
#}aBRKZf6  
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。 "-A@d&5.  
eN-lz_..7  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 $[g8j`or!  
02mu%|"  
8npjQ;%4>  
4. 参数：SLM像素阵列 y3!#*NU
 
D}L4uz?  
A\T9>z^k  
5. 参数：SLM像素阵列 zJT,Hv .  
}W$}blbp  
sT+\ z  
应用示例详细内容 y>
|AX/n  
.q_SA-!w>  
仿真&结果 fhbILg  
UVaz,bXla  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM !)h?2#V8;  
 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)。 9<6Hs3|.!  
 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。 H
'wh0K(  
Zm#qW2a]P  
2. VirtualLab的SLM模块 Mp)|5<%  

F>c
o#  
5HMDu
g;   
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 )kK" 1\m  
 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。 4!0nM|~  
tqT-9sEXX.  
3. SLM的光学功能 hSfLNvK  
UCS`09KNJ  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 i*ji   
 为此，将区域填充因子设置为60%。 ]WZi+  
 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。 \X0wr%I  
dxF/]>t  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd :j(D&?ao  
v9+1[Y";  
 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。 2mVLR;s{_  

d&5GkD.P  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 0q:g Dc6z  
R;
Gf3K  
4. 对比：光栅的光学功能 j aq/]I7  
 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。  =[G)  
 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。 Ehf3L |9  
 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)。 N6*v!M+  
 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。 +Y|HO[  
 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。 o;M-M(EZQ6  
ZeP3 Yjr3  
i=8){GX4  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 3+| {O  
{;j@-=pV  
5. 有间隔SLM的光学功能 sKuPV
  
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。 +jpC%o}C  
I6,sN9` K  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd Zfn390_  
.3*VkAs  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 &+>)H$5  
W_z?t;  
[Q*aJLG  
6. 减少计算工作量 )
XAD#GYM  
~TEKxgU  
采样要求： ~ E|L4E  
 至少1个点的间隔(每边)。 2e @zd\  
 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。 %xWscA%^u  
 %Jc>joU  
采样要求： =\l7k<  
 同样，至少1个点的间隔。 s
mt6).o  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 M`kR2NCi  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 MOEB{~v`;  
U<lCK!85[  
 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。 :g[G&Ds8  
 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。 $6]7>:8mz  
 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)。 OY/sCx+c  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 _Ak?i\  
ET7(n0*P}]  
|.zotEh  
:,^pLAt  
(iZE}qf7g  
7. 指定区域填充因子的仿真 C^x+'. ^N  
6hs2B5)+  
 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。 zu Jl #3YP  
 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。 =7c1l77z  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 _,M:"3;Z  
 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)。 iEf6oM  
ZP&"[_  
F+@E6I'g  
8. 总结 OgTE^W@  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 vZns,K#4H\  
g(0 |p6R  
第1步 O/(qi8En  
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。 Y+#e| x  
n_n0Q}du  
第2步 YJ`[$0mam  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 G/Xa`4"_  
扩展阅读 43;@m}|7$  
扩展阅读 Y@S?0  
 开始视频 Q\~4J1  
-    光路图介绍 AE)<ee%\\  
 该应用示例相关文件： xwj%
X%2  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 :fr2K  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 61Nj&1Ze  
Hize m!  
%&yD^q_  
QQ：2987619807 S4]xxc  

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报告大纲 aJ[|80U  
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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 V?~!Dp  
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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 mdlMciP  
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