[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) Y&H<8ez  
e;g7Ek3n  
应用示例简述 [+Fajo;0  
d0-4
KN2  
1. 系统细节 > l]Ble  
 光源 HQ]mDo  
— 高斯光束 /l_u $"  
 组件 hQ'W7EF  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 Ho =vdB  
 探测器 R9!U_RH  
— 视觉感知的仿真 .+kg1=s  
— 电磁场分布 *jvP4Nz)k  
 建模/设计 "YaT1`Kr  
— 场追迹： hz*T"HJ]t  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 QO^V@"N  
Qj|rNeM_  
2. 系统说明 *ow`}Q  
Q6D>(H#"0  
R:$E'PSx  
3. 模拟 & 设计结果 8d_J9Ho  
r8?p6E  
4. 总结 Yxbg _RQm  
|L`U2.hb  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 mPHto-=fB  
?|98Y"w  
第1步 6aOyI;Ux  
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。 ~_Fx2T:X  
JsNj!aeU%  
第2步 } C:i0Q  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Il Qk W<  
:;eQ*{ `\  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 '%wSs,HD  
H(gY=  
应用示例详细内容 ^2);*X>  
@6|<c  
系统参数 v0VQ4>  
Rk7F;2  
1. 该应用实例的内容 U[02$gd0l  
~T
sRUT  
lg8@^Pm$r;  
2. 设计&仿真任务 :"MHmm=uU8  
AH:uG#  
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。 "w%:5~u9  
w%s];EE  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 v/9DD%An  
<D3mt Q  
r{^43
g?  
4. 参数：SLM像素阵列 #>("(euXMF  
yvj/u c  
T[)!7@4r  
5. 参数：SLM像素阵列 *asv^aFpS  
0&j90J$`  
q)L4*O  
应用示例详细内容 rR :ZTfJs"  
M:GpyE
%  
仿真&结果 !u@P\8M}  
Rx&O}>"E>l  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM hNsi 8/  
 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)。 [K$5Rm5  
 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。 ij;NM:|Sd  
xYCJO(&  
2. VirtualLab的SLM模块 A5J41yH  

^h$*7u"^y  
L7;~4_M9.V  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 tp}/>gU!  
 必须设置所设计的SLM透射函数。因此，需要输入文件SLM_Transmission_Function.ca2的路径。 @,GL&$Y:W  

# :k=  
3. SLM的光学功能 RSh_~qMX  
7)V"E-6h  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ~qj(&[U{c\  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 D<d,9S,)  
 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}1Q+h\  
_wK.n.,S~  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd u+r!;-0i  
wR@>U.XT@  
 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。 /nQuM05*Z  
8 E\zjT!#\  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd Lo1ySLo$G  
X':FFD4h  
4. 对比：光栅的光学功能 pT->qQ3;  
 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。 ;7qIm83  
 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。 !(F?`([A  
 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)。 +4_,, I  
 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。 M,_ $s,  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 j=irx5:  
2I [zV7 @t  
P0}{xq'k9v  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd ?&#LmeZ}K  
F-wAQ:  
5. 有间隔SLM的光学功能 88v8lt;R  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 3 R
+e  
}+n|0xK  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd [oVM9Q  
H5x7)1Ir|  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 __'4Qt  
]"Uzn  
9=ygkPY  
6. 减少计算工作量 {73V?#P4  
@!fUp b  
采样要求： qx5`l
m~L  
 至少1个点的间隔(每边)。 /S]RP>cQ  
 如在有效区域，用户指定60%区域填充因子，模块在激活区域计算5×5点的等间距采样。 MSQ^ovph  
P-Y_$Nv0g  
采样要求： ]6^<VC`5D  
 同样，至少1个点的间隔。 ?I6rW JcQ6  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 BA:x*(%~  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 1;$XX#7o  
s6 g"uF>k  
 为优化大填充因子条件下的计算工作量，减小相关阵列尺寸是非常有效的方法。 Gy/w #4xj  
 如果被照明区域小于阵列尺寸(标记区域包含光强的90%)，这种简化是非常适用的。 L T$U z  
 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)。 Gn8sB  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 uVn"L:_  
EcB !bf  
d-_V*rYU  
'-%1ILK$3r  
<3{MS],<<  
7. 指定区域填充因子的仿真 (0NffM1  
(p%|F`  
 由于间隔非常狭窄，Hamamatsu’s X10468 指定填充因子为98%，需要更多的采样点进行计算。 z
)^|.  
 全阵列尺寸798×600像素将需要79992×60600个采样点，需要极高的计算量。 xUdGSr50  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 .U0Gm_c0  
 在优化的帮助下，可对指定区域填充因子进行研究(该仿真仍需约256GB的内存)。 p3U)J&]c6  
s
r6BC.  
r& a[
?  
8. 总结 VhkM{O  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 <l5i%?  
|MZ1j(_  
第1步 >4X2uNbZS  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 JI-i7P  
C>+n>bH]L  
第2步 >8(i;)(3  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Z&n[6aV'F  
扩展阅读 y8~OkdlN#  
扩展阅读 g{yw&q[B=  
 开始视频 4$KDf;m@  
-    光路图介绍 *2X~NJCt  
 该应用示例相关文件： !Ap5Uwd  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 UN.;w3`Oc  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 %1Q:{m  
h~k<"  
src9EeiV  
QQ：2987619807 !l $d^y345  

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报告大纲 L/ 7AGR|;C  
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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 |cU75 S1  
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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 3>h2W  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）