[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) }8s&~fH  
fJ6Q:7  
应用示例简述 PS=q):R|  
;lSsy  
1. 系统细节 |68u4zK  
 光源 S<-5<Pg  
— 高斯光束 [=tIgMmz  
 组件 Rf2mBjJ(z  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 b|;h$
otC  
 探测器 mIPDF1=)  
— 视觉感知的仿真 Mz86bb^J  
— 电磁场分布 k+J63+obd  
 建模/设计  Mz+vT0  
— 场追迹： =-&h@mB;G  
 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。 E|jU8qz>P  
/0$405  
2. 系统说明 u:6R|%1fNn  
e,Y<$kPV  
nLC5FA7<  
3. 模拟 & 设计结果 wAJ=rRI  
B|8|f(tsSa  
4. 总结 [LUqF?K&  
iq^;csyKb  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 z-:>[Sn  
k*!iUz{]  
第1步 q*C-DiV  
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。 t* p%!xsH  
GV28&!4sS  
第2步 ]!N=Z }LD  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 3+vVdvu%  
-M_>]ubG  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 -t>"s'kv  
#!%zf{(C+  
应用示例详细内容 _OS,
zZ0  
(ss,x CF  
系统参数 1L!jI2~x}  
+_u~Np  
1. 该应用实例的内容 }qWB=,8HQ  
F?0Q AA  
)qOcx I  
2. 设计&仿真任务 0
IP0zil  
pd& HC  
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。 OdNcuiLa  
8OO[Le]1  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 fO .=i1 E}  
X#K;(.},h  
c@)?V>oe  
4. 参数：SLM像素阵列 u8`S*i/)m  
&-X51O C  
jW-;Y
/S  
5. 参数：SLM像素阵列 K{V.N</  
;DVg[#  
e@ $|xa")  
应用示例详细内容 c&{= aIe w  
gW9`k,U  
仿真&结果 
U~t!   
(0.JoeA`y  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM bNiJ"k<pN  
 由于可以嵌入组件，VirtualLab可以轻松的实现反射系统(如反射镜，2f系统等)。 qDz[=6BF  
 内置的SLM模式可以实现从简单透射函数到包含像素和间隔的阵列的自动转换。 DlAwB1Ak  
7^mQfQv  
2. VirtualLab的SLM模块 " vc4QH$  

Y6v#0pT  
n:b,zssP  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 DUH_LnHw)  
 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。 0>]&9'cn  
moh,aB#  
3. SLM的光学功能 {XUSw8W'  
C>mFyl
N  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 &0"*.:J9  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 nZc6 *jiz  
 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。 YI> xxWA  
a"T+CA  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd ]=I2:Rb  
G"kX#k0S  
 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。 [z+YXs!N  
`P-d. M6Oa  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd |$ZS26aYw}  
i[{*(Y$L  
4. 对比：光栅的光学功能 UQ7La 7"  
 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。 aGsO~ODc  
 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。 VGu(HB8n#  
 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)。 ]KXyi;n2  
 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。 DIWyv-  
 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。 Bss*-K]  
}J92TV  
4mEJu  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 4;gw&sFF  
es\ qnq  
5. 有间隔SLM的光学功能 ZrA*MN  
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。 PxvxZJf$@  
aG4 ^xOD  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd -f1}N|hy  
Tyb'p9  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 QtWe,+WWV  
99,=dzm  
/h`gQyGuY  
6. 减少计算工作量 SMRCG"3qwA  
{#`wW`U^  
采样要求： fb^R3wd$ff  
 至少1个点的间隔(每边)。 589fr"Ma,6  
 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。
t}pYSSTz  
r<LWiMl?  
采样要求： 2Dvq3VbiO"  
 同样，至少1个点的间隔。 )J+rt^4|  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 ,1JQjsR   
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 ^8-,S[az  
Pc5C*{C  
 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。 ) .' + {  
 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。 tx`^'%GMA  
 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)。 ^gpd '*b
 
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。
xXmlHo<D  
o8%o68py  
T?.l_"%%d  
KZ^>_K&  
Sz')1<  
7. 指定区域填充因子的仿真 )"M;7W?R0  
{Dy,|}7s  
 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。 l 6aD3?8LN  
 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。 BePb8 k<y  
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 Dvl\o;  
 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)。 BC1smSlJ  
lU&2K$`  
+
u\w4byl  
8. 总结 erTly2-SJ  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 n-qle5sj  
cd=H4:<T5  
第1步 V2@(BliP  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 !O'p{dj][  
';D>Z?l  
第2步 K]7[|qf&   
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 ?>vkY^/  
扩展阅读 wq1s#ag<  
扩展阅读 w( @QRd{  
 开始视频 ymqn1ja1  
-    光路图介绍 7*Zm{r@u  
 该应用示例相关文件： /6n"$qon6  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 H/8u?OC  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ) R\";{`M  
Ep')@7^n  
J\'f5)k  
QQ：2987619807 h2:TbQ  

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报告大纲 3 "Qg"\  
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（第一波——神秘现金红包抽奖环节） 8N<mV^|}  
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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 4"^W/Zo  
7.kH="@  
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 ?1eu9;q\*  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）