[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) @Vb-BC,  
"J[Crm  
应用示例简述 a nIdCOh  
C:P,q6  
1. 系统细节 ;PLby]=O  
 光源 noL<pkks~R  
— 高斯光束 W6wgX0H  
 组件 E-!`6  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 #]:nQ(  
 探测器 L0uN|?}  
— 视觉感知的仿真 eb:
uh!  
— 电磁场分布 _jnH!M
w  
 建模/设计 jUjQ{eT  
— 场追迹： \UK  9  
 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。 ((t8  
^Z}INUv]7  
2. 系统说明 Soop)e  
UHR)]5Lt  
[qid4S~r,&  
3. 模拟 & 设计结果 $Cf_RFH0  
>eJk)q
M  
4. 总结 8|i&Gbw+  
nP_s+k  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 ~0worI?  
.s,hl(w,  
第1步 w3yI;P  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 4pA(.<#A  
tR2IjvmsX  
第2步 =zI eZ7  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 #x"pG  
zXMIDrq  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 !&19%C4  
YFsEuaV  
应用示例详细内容 %]  
4$vya+mAk5  
系统参数 #ljfcQm  
.eJ4F-V  
1. 该应用实例的内容 sFB; /*C  
L6U[H#3(  
WvN5IHo 8i  
2. 设计&仿真任务 WO_cT26Y  
;XGG&M%3  
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。 [h,T.zpa  
I_eYTy-a`1  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 Z&/;6[  
|4wVWJ7   
+h[$\_y  
4. 参数：SLM像素阵列 #9p{Y}2#  
xB 4A"|  
!XgkK k  
5. 参数：SLM像素阵列 !y?g$e`  
SOeL@!_  
l<^#@SH  
应用示例详细内容 f'R^MX2  
VU)y
wIs  
仿真&结果 QJ pUk%Wj  
Dth<hS,2J  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM RI cA)I.  
 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)。 N6yqA)z?;  
 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。 J;'?(xO3\  
%VSST?aUvX  
2. VirtualLab的SLM模块 J&Le*R'  

%,>> <8  
:S?'6lOc(  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 bxEb2D  
 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。 Px'%5TKN  
g8}/Ln*W'  
3. SLM的光学功能 b^^Cj(  
8pt;''  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Jp_{PR:&  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 {"'W!WTb  
 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。 $5cLhi"`  
sStaTR{  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd AUxLch+"5K  
Alh%Z\  
 此处，场(Ex方向)的（Wrapped）位相如下图所示，其中所有的间隔的相位值都为一个常数值。 +<@7x16  
~D<o}ItRF  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd S1%{/w  
I=Ws /+  
4. 对比：光栅的光学功能 In=3#u ,M  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 \wO)w@"  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 }"Y]GH4Y  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 F!j@b!J8  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 ~"brfjd|  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 HIi"zo=V  
b 3D:w{l  
d/Fjs0pt  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd #`v`e"  
QBY7ZT05Gt  
5. 有间隔SLM的光学功能 18V*Cu  
现在，基于像素阵列的区域填充因子，我们可以在傅里叶平面研究SLM的光学功能。 )d0&iE`@  
p!U#53  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd BP*
gnXj  
RiaO`|1  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 @5Ril9J[b  
H
fm4  
[,|KVc=&H  
6. 减少计算工作量 DQH _@-q  
u\&oiwSIP  
采样要求： lb`P9mbr+  
 至少1个点的间隔(每边)。 9j$ OU@N 8  
 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。 Z(*nZT,  
a%Cq?HZ7  
采样要求： <w.V!"!  
 同样，至少1个点的间隔。 ZEUd?"gaR  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 (al7/EhY  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 VH+^G)^)W  
Nr3td`;  
 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。 mcS/-DaN?  
 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。 B;hc|v{(  
 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)。 zO9|s}J8q  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 m{(D*Vuqd  
+J_A*B  
~}z p}Pt  
2,q^O3F  
1}KNzMHk9  
7. 指定区域填充因子的仿真 burEo
.=  
p^ 9QYR  
 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。 :]=Y1*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。 8X5;)h   
 因此，可适当减小阵列尺寸到320×320像素，采样点数目为32320×32320。 I2YQIY+  
 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)。 X
\X  
{5^'u^E  
\QHe0?6  
8. 总结 cJj0`@0f  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 i+Ob1B@w
 
Y?ZTl762  
第1步 91mXvQ:u  
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。 V4/P  
G/2@Mn-  
第2步 P}DrUND  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 Ml+.\'r  
扩展阅读 CH`4FR.-  
扩展阅读 Wy)|-Q7  
 开始视频 r7JILk  
-    光路图介绍 [)Xu60?Q  
 该应用示例相关文件： 8[(c'rl|)|  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计 pc:K5 -Os  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 H6bomp"  
<uu1e@P  
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QQ：2987619807 K)l{3\9l|  

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报告大纲 _S2QY7/  
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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 Yt0 l'B%[u  
Z-Bw?_e_K  
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 6
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（第二波——神秘现金红包抽奖环节）