[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) "W=AB&  
G3+.H  
应用示例简述 KX76UW  
C\S3Gs  
1. 系统细节 4iqoR$3Fc  
 光源 3/aMJR:o  
— 高斯光束 Vr)<\h  
 组件 FK:;e lZ  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 cGtO +DE  
 探测器 -9%:ilX~  
— 视觉感知的仿真 ))R5(R  
— 电磁场分布 %j:]^vqFA  
 建模/设计 J@^8ko  
— 场追迹： f1`gdQ)H  
 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。 'z0:C
cbj  
=@m &s^R  
2. 系统说明 MC?,UDNd%  
oo,uO;0G  
NgADKrDU  
3. 模拟 & 设计结果 V[{6e  
a;rdQ>  
4. 总结 NiWa7/Hr  
~c8?>oN(  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ;Yx)tWQI  
W0(_~  
第1步 3[\iQ*d }B  
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。 Ky|88~}:C9  
Y,GU%[+  
第2步 u}>#Eb  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 TkE 8D n  
Fw/6?:C}O6  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 AjmVc])  
N96jJk  
应用示例详细内容 
!,l9@eJQ  
3;)>Fs;  
系统参数 B.wYHNNV  
0Oi,#]F  
1. 该应用实例的内容 !(mjyr  
7Ilm{@b=  
{kp-h2I,  
2. 设计&仿真任务 b_,|>U  
I[=j&rK`  
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。 2{]`W57_=  
V_>\9m  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 B||*.`3gN  
K)-U1JE7  
/,1D)0  
4. 参数：SLM像素阵列 dI*pDDq#  
\[BK1JP  
4FEk5D  
5. 参数：SLM像素阵列 IN4=YrM^  
_6_IP0;  
$i&e[O7T;  
应用示例详细内容 ^:K3vC[h;c  
.9,zL=)Ba  
仿真&结果 #OBJzf*p  
y]2qd35u_A  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM $9]m=S  
 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)。 ^:6{22C{  
 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。 E_Im^a  
WF2}-NU"  
2. VirtualLab的SLM模块 <!L>Exh&r  

'/`= R  

UV5Ie!\nm  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 (H)2s Y  
 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。 2GFLnz  
+IrLDsd  
3. SLM的光学功能 0="%Y^N  
r9X?PA0f  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 nFE4qm  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 :Mb%A  
 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。 kz{/(t  
0*%Z's\M"  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd 0%,!jW{`  
i\1TOP|h  
 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。 ~}F{vm  
dOqOw M.y  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd X'%E\/~u  
zfI>qJ+Nqt  
4. 对比：光栅的光学功能 &f!z1d-qg?  
 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。 pF&(7u  
 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。 < XP9@t&  
 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)。 5:O-tgig.  
 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。 ;w:M`#2  
 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。 _8"O$w  
O_$m!5ug  
y|CP;:f;  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd S?RN?1  
-cZDGt  
5. 有间隔SLM的光学功能 QF{4/y^j{  
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&}k^>N#3  
KiI!frm1  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd /b]oa!  
k:JrHBKv\  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 /E Bo3`  
u@~JiiC%  
eAX )^q  
6. 减少计算工作量 x8Retuv  
b|cyjDMAA  
采样要求： |_o=^?z'  
 至少1个点的间隔(每边)。 uvtF_P/  
 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。 Yiry["[]Q  
Atflf2K  
采样要求： (rkyWz  
 同样，至少1个点的间隔。 s_x:T<]  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ~\=1'D^6CK  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 d@ Y}SWTB  
H,+I2tEs  
 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。 XEn*?.e  
 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。 oo.!.Kv  
 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)。 &C_'p{G  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 #[zI5)Meh  
\]P!.}nX#  
QFg sq{  
Vy*:ne  
Z-E`>  
7. 指定区域填充因子的仿真 fRy^Q_~,  
4AG\[f 8q  
 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。 {Z3dF)>  
 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。 Vm(1G8 a  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 (4'$y`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)。 RY c!~Wh~Y  
Lg~B'd8m  
c7tfRq n+  
8. 总结 +<xQM h8  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 \"CZI<=TB  
1QmH{jM  
第1步 Y2d;E.DH8  
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。 Q-MQ9'  
2P/K K  
第2步 bHg,1y)UC  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 sXi=70o  
扩展阅读 '~ ,p[  
扩展阅读 66.5QD0  
 开始视频 f>piHh?  
-    光路图介绍 l5\"9 ,<  
 该应用示例相关文件： qHNE8\9  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 _<a7CCg  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 cU{e`<xjA  
F%i^XA]a*  
-8r  
QQ：2987619807 kGd<5vCs  

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报告大纲 )u/H>;L P  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） '0\@McU]  
K"b`#xN(t  
1.浅谈中国物理光电教学行业大趋势及面临问题 %e`$p=m  
WBNw~|DO]  
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 )r[&RGz6  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）