[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) ZFd{q)qe   
0(.R?1*:Rf  
应用示例简述 +L<w."WG  
:W1tIB  
1. 系统细节 |x}&wFV  
 光源  T!O3(  
— 高斯光束 d,E/9y\e  
 组件 Hr_x~n=w  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 '~!l(&X  
 探测器 A`mf 8'nTG  
— 视觉感知的仿真 ^AC+nko*  
— 电磁场分布 r>D[5B  
 建模/设计 v6, o/3Ex  
— 场追迹： vb4G_X0S  
 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。 4$#ia F  
kK_>*iCMo  
2. 系统说明 o::ymAj  
iJ~iJ'vf  
9/^Bj  
3. 模拟 & 设计结果 Q'V,?#  
1OJD\wc  
4. 总结 [pyXX>:M  
G5
Dji_|  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 vU=k8  

f+(w(~O  
第1步 ;z=C^'  
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。 :/?R9JVI  
.LVOaxT  
第2步 Y)-)NLLG;n  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 '3kL=(  
iH -x  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 fn"jYSy  
"q#kh,-C  
应用示例详细内容 )a2m<"  
_}%#Yz  
系统参数 Tx&qp#FS  
wBaFC\CW  
1. 该应用实例的内容 !t [%'!v  
d~oWu [F*  
g960;waz3  
2. 设计&仿真任务 1Yx[,GyC>&  
MjeI?k}LJ  
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。 \|4MU"
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F[qIfh4  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 7QRvl6cv  
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7m)ykq:?  
4. 参数：SLM像素阵列 ;$&
5I9N  
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5. 参数：SLM像素阵列 +,w|
&y  
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应用示例详细内容 YSUH*i/%  

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仿真&结果 RwLdV+2\R`  
}qX&*DU_@  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM IpVwnNj!}  
 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)。 %>}7$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。 !ES#::;z?  
mI*>7?  
2. VirtualLab的SLM模块 ,Onm!LI=  

(N>ew)Ke  
]d;/6R+Vs  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 ,oVBgCf  
 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。 \.-y LS.  
tqk6m# @(  
3. SLM的光学功能 Xg)FIaw]eT  
{Ao^3vB  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 u>Kvub  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 &(1NOyX&  
 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。 &K*_/Q '\  
M L_J<|,J  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd CUM~*  
y#W8] <dS"  
 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。 G+yz8@  
FnU;n  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd <%5uzlp  
K#yH\fn8  
4. 对比：光栅的光学功能 9Qd'=JQl  
 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。 +0042Yi  
 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。 Q&\ksM  
 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)。 K\r=MkA.>  
 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。 enepAu-="p  
 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。 l3$?eGGM  
7oSuLo=  
akoKx)(<  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd "qp_*Y  
,6)y4=8 L  
5. 有间隔SLM的光学功能 LKG|S<s  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 P"VLGa  
b%$C!Tq'  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd yXmp]9$  
1T`"/*!  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 aDEP_b;  
?':'zT  
:CHd\."%+1  
6. 减少计算工作量 ^(B*AE.  
>QPS0Vx[  
采样要求： /!3:K<6@  
 至少1个点的间隔(每边)。  X;g|-<  
 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。 hY'%SV
p  
]<_+uciP5[  
采样要求： (9%%^s]uPT  
 同样，至少1个点的间隔。 zYJxoC{  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 Fje%hcV  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 E':Z_ ^4  
a-=apD1RvG  
 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。 ?uv%E*TU  
 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。 }_TdXY #w\  
 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)。 `Nr7N#g+u  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 zW.sXV,  
hR{Zh>  
iDN,}:<V  
W5{e.eI}|  
1j(,VW  
7. 指定区域填充因子的仿真 |-<L :%  
8tk`1E8!j  
 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。
$Q4b~  
 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。 C I0^eaFs  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 .? /J  
 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)。 p^!p7B`qe.  
:r=_\?  
0:p#%Nvg  
8. 总结 "f+2_8%s+  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 {5`?0+  
'z:p8"h}  
第1步 @TDcj~oR?  
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&#  
&kBs'P8>  
第2步 ^DOcw@Z6HC  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ?HTwTi5!)  
扩展阅读 *qBZi;1  
扩展阅读 cCs:z
 
 开始视频 h'+ swPh  
-    光路图介绍 9OBPFF  
 该应用示例相关文件： hpu(MX\  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 &2J|v#$F  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 :h@:F7N _  
3[4]
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QQ：2987619807 q)X&S*-<o~  

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报告大纲 rv+"=g  
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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 ?Gb 18m  
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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 :mij%nQ>$  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）