[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) h(GgkTj4+  
(cNT ud$  
应用示例简述 l:j9lBS  
qIA!m .GC  
1. 系统细节 CWCE}WU>4  
 光源 q/70fR7{v  
— 高斯光束 -a&wOn-W  
 组件 pR`.8MMc8  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 r^WO$u|@i  
 探测器 9zi/z_G  
— 视觉感知的仿真 r'{pTgm#  
— 电磁场分布 e/#4)@]  
 建模/设计 Gp;[WY\  
— 场追迹： kl3#&>e  
 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。 kj@#oLd%  
lG fO  
2. 系统说明 5xTm]
  
&>L\unS  
uDH)0#  
3. 模拟 & 设计结果 P)>WIQSr  
X*$ 7g;  
4. 总结 zr84%_^  
RTLu]Bry  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 _f^q!tP&d  
m]7Y )&3  
第1步 I[tU}ojP  
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。 $AG.<  
Ujq)h:`  
第2步 yq6!8OkF  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 s![=F}ck  
={={W  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 W!XFaA$  
\&ERSk2  
应用示例详细内容 G\jr^d\  
hl6al:Y  
系统参数 -_>c P  
N;r,B  
1. 该应用实例的内容 rLh490
@  
<0v'IHlZ8  
P,I3E?! j  
2. 设计&仿真任务 ~g1@-)zYxK  
!l.Rv_o<O  
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。 ;E*^AW  
n$#^gzU4  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 pA+Qb.z5z  
>%Y.X38Z[  
Og30&a!~F  
4. 参数：SLM像素阵列 bTHJbpt*-  
.}
Bb :*@  
ZPZ1 7-  
5. 参数：SLM像素阵列 }@1LFZx
 
Q6Jb]>g\H  
"]zq<LmX  
应用示例详细内容 ,,fLK1  
iDHmS6_c  
仿真&结果 e|+uLbN&;c  
^B1vvb  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM Y*w<~m  
 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)。 `I6)e{5t  
 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。 ]6=cSs!  
`pII-dSC%  
2. VirtualLab的SLM模块 `DWzp5Ax  

3bE^[V8/  
2uiiTg>  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 }"q1B  
 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。 w5qhKu!1  
u@==Ut  
3. SLM的光学功能 ]Ms~;MXlx5  
dQ;rO$co  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 ap;*qiNFQ  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 r"5]U`+  
 首先，获得场(Ex方向)的振幅，分别显示了SLM像素及其间隔的影响。 w :^b3@gd  
QI`Z[caF  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd J fsCkS  
#n~/~*:i92  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 9H.E15B  
li/O&@g`  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd CgEeO,N]j  
BMFpkK9|  
4. 对比：光栅的光学功能 IGv>0LOd@  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 d&R/fIm  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 @X1>Wv|[  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 3=;iC6 `  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 CHBCi) '6h  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 *pI3"_  
H+*o @0C\~  
9RR1$( f  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd eZP"M6  
QM;L>e-ZY  
5. 有间隔SLM的光学功能 vQBfT% &Q-  
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。 8iX?4qj{P  
+yCIA\i#t6  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd B;G|2um:$  
QD"V=}'?  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 =>S5}6  
S~Nx;sB  
~rn82an@G  
6. 减少计算工作量 RQ/X{<lQ)  
Q&n
  
采样要求： Y\9uR
!0  
 至少1个点的间隔(每边)。 7NJ1cQ-}t  
 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。 }Qg9l|  
LZ\}Kgi(!T  
采样要求： yt_?4Hc"  
 同样，至少1个点的间隔。 W0gaOew(^  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 eeB^c/k(P  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 A"S})  
N],A&}30  
 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。 >rYP}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。 a*%>H(x  
 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)。 $ n 7dIE  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 ;QgJw2G  
D%Pq*=W  
s "*Cb*  
skZxR5v3~L  
ApS/,cV  
7. 指定区域填充因子的仿真 ^pZ(^  
wl5!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。 3G5i+9Nt.L  
 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。 z@<`]  
 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;3uG/E\  
 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)。 0XXu_f@]9  
CS6,mX  
v*]|1q%/  
8. 总结 :K2N7?shA  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 KvktC|~?  
E!3W_:Bs  
第1步 bk#u0N  
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。 N}\$i&Vi  
zy5@K)  
第2步 g-')|0py  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 l+YpRx/T\  
扩展阅读 `iQyKZS/+  
扩展阅读 rj<%_d'Z`  
 开始视频 QGLfZvTT  
-    光路图介绍 ~Bj-n6QDE  
 该应用示例相关文件： ;:"~utL7  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 m6'YFpf)V  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 VbA#D4;  
1z[WJ}$u  
T<p>:$vo  
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报告大纲 -C.eXR{s  
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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 H-0deJ[>  
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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 \s+<
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（第二波——神秘现金红包抽奖环节）