[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) &jsVw)Ue  
%!du,2  
应用示例简述 q~3,yyu  
JMH8MH*  
1. 系统细节 oo=Qt(#  
 光源 $% 1vW=d  
— 高斯光束 &_~+(  
 组件 c0hwc1kv-  
— 反射型空间光调制器组件及后续的2f系统 ~ECD`N<YF  
 探测器 mnmP<<8C,  
— 视觉感知的仿真 h"_~7jq"  
— 电磁场分布 hir4ZO%Zt  
 建模/设计 :,J}z~I,lB  
— 场追迹： ]3g?hM6  
 一个SLM像素阵列处光传播的仿真，仿真中包括了SLM像素间无功能间隔引起的衍射效应。 9'{}!-(xR  
#B:hPZM1  
2. 系统说明 6(G?MW.  
%*&UJpbA  
c05%iv  
3. 模拟 & 设计结果 'UMXq~RMe  
;_^fk&+  
4. 总结 |fSe>uVZ  
L2, 1Kt7  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 3:8{"md@2  
;gs ^%z  
第1步 r=6v`)Qr  
将像素间隔引入到一个先前设计的用于光束整形的SLM透射函数。 zxf"87
se  
=k/IaFg 6w  
第2步 DqX{'jj  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 mExVYp h  
lWqrU1Sjl  
产生的衍射效应对SLM的光学功能以及效率具有重大影响。 4H|(c[K;  
R1& [S/  
应用示例详细内容 cIp D~0\  
'3<fsK=  
系统参数 FI
bp"~  
Q",0F{'  
1. 该应用实例的内容 [+OnV&  
L5qwWvbT  
jK' N((Hz  
2. 设计&仿真任务 \mV'mZ9>  
6$ Gep  
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。 ^`G`phd$  
?}m']4p  
3. 参数：输入近乎平行的激光束 5cEcTJL[C  
,:`ND28V7  
A0fFv+RN3  
4. 参数：SLM像素阵列 JqMDqPIQ  
ak:ibV  
9Ffp2NW`;  
5. 参数：SLM像素阵列 ;\[(- )f!=  
fm^@i;D  
>5j<4ShW  
应用示例详细内容 v*9<c{a  
6<'21  
仿真&结果 La@ +>  
:<Fe  
1. VirtualLab能够模拟具有间隔的SLM 4WE6fJ2X  
 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)。 -CRraEXf8  
 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。 {U84 _Pi  
]>+PnP35G  
2. VirtualLab的SLM模块 \4AM*lZ  

gl]E_%tH  
uaOKv.%  
 为设置像素阵列，必须输入像素阵列尺寸和区域填充因子。 o,xxh  
 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。 NHl|x4Zpw  
A.D{.a  
3. SLM的光学功能 2CzaL,je[  
TuW/N L|  
 在第一步，我们可以研究SLM后的电磁场。 Y2O"]phi@  
 为此，将区域填充因子设置为60%。 lhi_6&&[8  
 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。 %eJGte-  
@o-B{EH8  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_01_Nearfield.lpd Z(ZiFPx2Z  
_ib"
b#  
 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。 nN~~cV  
<&!v1yR  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd p2N:;lXM  
r)T:7zy  
4. 对比：光栅的光学功能 >+mD$:L  
 上述的像素效应可以用相似光学功能的2D周期结构的进行比较。 >OP+^^oZ<  
 所示函数(Ex的振幅)相当于一个SLM，其像素提供一个常数位相函数。 ;P;((2_X9  
 通过这种光栅，能够将光衍射到几个衍射级次，衍射级次分布在x-和y-方向(由于二维光栅结构)。 8v7
1e>  
 级次越高振幅衰减越快，所以只有0级，1级以及2级贡献了主要的光强部分。 c)Ic#<e(  
 这意味着，对于SLM，我们所期望的光分布具有有较高的级次，其光强由区域填充因子决定。 qiZO _=0  
S=xA[%5  
Lgz$]Jbl8  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_02_2DGrating.lpd 3&x-}y~sg  
)~V4+*<  
5. 有间隔SLM的光学功能 !I\!;b  
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。 siTX_`0  
Pub0IIs  
所用文件: SLM.0002_Diffraction_Pixels_SLM_03_2DGrating.lpd :iiw3#]  
*FfMI  
下图显示了(Ex方向)光强分布，图中具有相同的振幅比率。 U;n*j3wT  
,KJw|x4}\  
@VN&t:/l  
6. 减少计算工作量 9 C{;h  
N-g8}03  
采样要求： NjE</Empb%  
 至少1个点的间隔(每边)。 QW_agm  
 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。 &vovA} F  
dtPoo\@  
采样要求： O,<IGO  
 同样，至少1个点的间隔。 yIb,,!y9{  
 假设指定90%区域填充因子，模块计算25×25点的等间距采样。 cV-1?h63  
 随填充因子的增大，采样迅速增加。 +x]9+D&  
>23-  
 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。 WU4UZpz  
 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。
AkU<g  
 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)。 <}jPXEB"  
 通过优化，计算工作量减少了4.7倍。 `mH %!{P  
L'i-fM[#  
J4=_w  
3u>8\|8wz  
AOp/d(vx5i  
7. 指定区域填充因子的仿真 WhBpv(q}.  
XCsiEKZ_i  
 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。 ^Cv^yTj;&  
 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。 fnCItK~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。 O9(r{Vu7u  
 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)。 as+GbstN  
LzDI0a.  
.bD_R7Bi6  
8. 总结 ZAuWx@}  
考虑SLM像素间隔来研究空间光调制器的性能。 )U:2z-X&e  
K~RoUE<3[  
第1步 }]UB;id'  
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。 GO! uwo:  
X~Rl 6/,  
第2步 mqfO4"lt  
分析不同区域填充因子的对性能的影响。 r,(et  
扩展阅读 mgZf3?,)  
扩展阅读 RQW6N??C  
 开始视频 JM.XH7k  
-    光路图介绍 Wk4.%tpeO7  
 该应用示例相关文件： BsZ{|,oQnZ  
-     SLM.0001：用于生成高帽光束的SLM位相调制器设计
d h^^G^  
-     SLM.0003： 一个基于SLM光束整形系统的中透镜像差的研究 ~9Cz6yF  
Ap\AP{S4  
rAdacnZV  
QQ：2987619807 p3^jGj@  

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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 p%RUHN3G[  
<DiOWi  
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 pVokgUrC  
（第二波——神秘现金红包抽奖环节）